close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6616

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6616
(13) C1
(19)
7
(51) C 03C 3/06, 4/12
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО
(21) Номер заявки: a 20010248
(22) 2001.03.15
(46) 2004.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт молекулярной и атомной физики Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Малашкевич Георгий Ефимович; Семкова Галина Ивановна; Гайшун
Владимир Евгеньевич; Мудрый Александр Викторович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
Люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее SiO2 и Nd2O3, отличающееся тем,
что дополнительно содержит CeO2 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
SiO2
95,5-99,8
Nd2O3
0,1-2,0
CeO2
0,1-2,5,
причем атомарное отношение Ce/Nd составляет не менее 1.
BY 6616 C1
(56)
BY 970597, 1998.
BY 960288, 1997.
BY 960295, 1997.
SU 709573, 1980.
JP 03199132 A, 1991.
EP 0466932 A1, 1992.
JP 01183441 A, 1989.
EP 0265983 A1, 1988.
JP 05270856 A, 1993.
Фиг. 1
BY 6616 C1
Изобретение относится к легированным стеклам, в частности, к Nd-содержащему
кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в
качестве активного материала объемных и волоконных лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. В частности, для спектральной области при λ ∼ 1,34 мкм, соответствующей минимальной материальной дисперсии кварцевого стекла.
Известно люминесцирующее кварцевое стекло, полученное по золь-гель процессу,
следующего состава, масс. %: SiO2 97,85; Аl2О3 1,5; Nd2О3 0,5; ОН- 0,15 (см. T. Fujiyama,
M. Hori, M. Sasaki. Preparation of Nd-doped silica glasses by the sol-gel method // Journal of
Non-Crystalline Solids, 1990, vol. 121, p. 273-278). Недостатками известного стекла являются повышенное светорассеяние, слабая эффективность возбуждения люминесценции в
спектральной области короче 400 нм и низкий коэффициент ветвления люминесценции
для перехода 4F3/2→4I13/2 ионов Nd3+ (λ ~ 1,34 мкм). Указанные недостатки приводят к повышенному коэффициенту вредных потерь при использовании известного стекла в качестве активного элемента лазеров, слабой эффективности его накачки ультрафиолетовым
излучением и невозможности получения генерации при λ ~ 1,34 мкм.
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее гельное кварцевое стекло (заявка РБ 970597, МПК С 03С 3/06, 1997) следующего состава, мас. %: Nd2O3 0,05-0,5; Аl2О3 0,02-0,5; ОН- 0,001-0,003, SiO2 - остальное.
Прототип имеет следующие недостатки:
слабую ( ~ 7 % от суммы квантов, поглощаемых ионами Nd3+) эффективность возбуждения инфракрасной люминесценции в спектральной области ≤ 400 нм;
низкий (не более 8 %) коэффициент ветвления люминесценции для перехода
4
F3/2→4I13/2 ионов Nd3+ (λ ~ 1,34 мкм) и сравнительно невысокий (≈ 50 %) для перехода
4
F3/2→4I11/2 (λ ~ 1,07 мкм);
сравнительно большую (~ 80 нм) эффективную полуширину полосы 4F3/2→4I13/2.
Указанные недостатки, при использовании такого кварцевого стекла (прототипа) в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой, приводят к снижению коэффициента полезного действия этих лазеров и делают проблематичным получение генерации либо усиления в спектральной области при λ ~ 1,34 мкм.
Задачей предполагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции, повышенными
коэффициентами ветвления люминесценции в переходах 4F3/2→4I11/2, 4I13/2 ионов Nd3+ и
малой эффективной полушириной спектральной полосы 4F3/2→4I13/2. Использование такого стекла в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой позволит
увеличить их коэффициент полезного действия и получить генерацию либо усиление в
спектральной области при λ ~ 1,34 мкм.
Для решения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее
SiO2 и Nd2O3, дополнительно содержит СеO2 при следующем соотношении компонентов,
мас. %: SiO2 95,5-99,8; Nd2O3 0,1-2,0; СеO2 0,1-2,5. Причем атомарное отношение Ce/Nd
составляет не менее 1.
Введение CeO2 приводит к образованию в стекле сложных Се4+-Nd3+-центров, обеспечивающих необходимый технический результат (появление интенсивной ультрафиолетовой полосы возбуждения инфракрасной люминесценции, увеличение коэффициентов
ветвления люминесценции для переходов 4F3/2→4I11/2, 4I13/2 ионов Nd3+ и снижение эффективной полуширины полосы 4F3/2→4I13/2).
Стекло получали прямым золь-гель методом, включающим следующие этапы:
гидролиз тетраэтилортосиликата Si(OC2H5)4 в водно-спиртовой среде в присутствии
соляной кислоты НСl, используемой в качестве катализатора, при мольном соотношении
компонент HCl:H2O:C2H5OH:Si(OC2H5)4 = 0,01:15:4,6:0,43 до получения золя;
2
BY 6616 C1
диспергирование в золе с помощью ультразвуковой установки аэросила, который используется как наполнитель для уменьшения растрескивания ксерогелей;
очистку полученного золь-коллоида от примесей и грита методом центробежной сепарации;
нейтрализацию среды водным раствором аммиака;
сушку в термошкафу при температуре Т ≈ 60 °С;
термообработку и обезвоживание;
пропитку ксерогеля кислым раствором соединений неодима и церия;
спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла в кислороде при Т = 1250 °С.
Уменьшение концентрации Nd2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за слабого поглощения ионов Nd3+ и, соответственно, трудности реализации превышения коэффициента усиления над коэффициентом потерь. Увеличение концентрации Nd2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за тушения люминесценции ионов Nd3+ по кроссрелаксационному
механизму. Уменьшение атомарного соотношения Ce/Nd ниже заявляемого не позволяет
получить долю Ce4+-Nd3+-центров, достаточную для обеспечения положительного эффекта. Увеличение концентрации СеO2 выше заявляемой, сопровождается нелинейным ростом доли Се-содержащих кластеров, поглощающих в видимой и ближней инфракрасной
областях спектра и тушащих люминесценцию ионов Nd3+.
Составы заявляемого стекла; отношение γ интенсивности полос при λ ≤ 400 нм в спектре возбуждения люминесценции, регистрируемой при λ ~ 1,34 мкм, к интегральной интенсивности этого спектра (данный параметр характеризует эффективность ультрафиолетового возбуждения люминесценции); коэффициенты ветвления люминесценции β для
переходов 4F3/2→4I11/2 и 4F3/2→4I13/2 ионов Nd3+ при возбуждении с λ = 380 нм, измеренные
как отношение интенсивности соответствующей полосы к интегральной интенсивности
спектра люминесценции, и эффективная полуширина ∆λ полосы 4F3/2→4I13/2, измеренная
как отношение площади под ее контуром к пиковой интенсивности, представлены в таблице.
Таблица
4
4
4
4
4
Состав, мас. %
№ обβ( F3/2→ I11/2), β( F3/2→ I13/2), ∆λ( F3/2→4I13/2),
γ, %
разца
SiO2
Nd2O3
СеО2
%
%
нм
1
99,8
0,1
0,1
>40
55
10
40
2
96,6
1,1
2,3
>88
66
13
31
3
95,5
2,0
2,5
>60
59
12
37
На фигурах 1 и 2 изображены для образца 2 соответственно квантовые спектры люминесценции (возбуждение при λ = 380 нм) и возбуждения люминесценции (регистрация
при λ = 1,34 мкм).
Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло характеризуется высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции
(не менее чем в 6-12 превосходит прототип), повышенным коэффициентом ветвления люминесценции для переходов 4F3/2→4I11/2 и 4F3/2→4I13/2 ионов Nd3+ (в 1,1-1,3 и 1,2-1,6 раз соответственно превосходит прототип) и малой эффективной полушириной полосы
4
F3/2→4I11/2 (в 2-2,6 раза уже, чем для прототипа). Эти характеристики обеспечивают заявляемому стеклу существенные преимущества при использовании его в качестве активного
элемента лазеров с широкополосной ламповой накачкой, в частности, приведут к увеличению их коэффициента полезного действия, а также позволят получать генерацию либо
усиление в спектральной области при λ ~ 1,34 мкм, для которой реализуется минимальная
материальная дисперсия кварцевого стекла. Кроме того, заявляемое стекло может использоваться в качестве активной среды волоконных лазеров, усилителей и преобразователей,
накачиваемых как широкополосными источниками, так и полупроводниковыми лазерами
либо светодиодами.
3
BY 6616 C1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
170 Кб
Теги
by6616, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа