close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 11772

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 03C 3/06
C 03C 4/00
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО
(21) Номер заявки: a 20080029
(22) 2008.01.09
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Малашкевич Георгий Ефимович; Семкова Галина Ивановна;
Подденежный Евгений Николаевич
(BY)
BY 11772 C1 2009.04.30
BY (11) 11772
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 6616 C1, 2004.
BY 4830 C1, 2002.
BY 6341 C1, 2004.
SU 709573, 1980.
Гулоян Ю.А. Технология стекла и стеклоизделий. - Владимир, 2003. - С. 375377.
CN 1810691 A, 2006.
JP 03199132 A, 1991.
JP 63303829 A, 1988.
DE 19505617 A1, 1995.
WO 98/47829 A1.
(57)
Люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее SiO2 и CeO2, отличающееся тем,
что дополнительно содержит Ho2O3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
SiO2
95,0-99,4
CeO2
0,5-4,0
Ho2O3
0,1-1,0,
причем атомарное отношение Ce / Ho составляет не менее 1.
Фиг. 1
BY 11772 C1 2009.04.30
Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Но-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. В частности,
для спектральных областей при λ ∼ 1,2 и 2,0 мкм, перспективных для волоконно-оптической связи.
Известны стекла для оптического усилителя на электронных переходах Yb3 +, Еr3 +,
3+
Тm , Но3 + следующих составов, мол. %: 1) (27-50) RE2O3; (50-73) А12О3; где RE один или
более элементов из группы, включающей Sc, Y, La, Се, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,
Er, Tm, Yb и Lu; 2) 1 RE2O3, 59 A12O3, 40 SiO2; 1 RE2O3, 71 A12O3 и 28 SiO2; 23 RE2O3 и 77
A12O3; 50 RE2O3 и 50 A12O3; 50 RE2O3 и 50 SiO2; 33 RE2O3, 33.33 A12O3 и 33.33 SiO2; 16.67
RE2O3, 50 A12O3 и 33.33 SiO2; 3) 1 RE2O3, 59 A12O3 и 40 SiO2; 1 RE2O3, 71 A12O3 и 28 SiO2;
23 RE2O3 и 77 A12O3; 50 RE2O3 и 50 A12O3; 50 RE2O3 и 50 SiO2; 33.33 RE2O3, 33.33 A12O3 и
33.33 SiO2; 16.67 RE2O3, 50 A12O3 и 33.33 SiO2 [1]. Недостатком известного стекла является низкая интенсивность люминесценции в полосе при 1,2 мкм. Указанный недостаток не
позволяет получать значительное усиление либо генерацию в этой области спектра.
Известно люминесцирующее кварцевое стекло [2] следующего состава, мас. %: (97,598,2) SiO2, (0,5-1,5) СеО2 + Се2О3, (0,3-1,0) А12О3, при этом атомарное отношение А1/Се
составляет не менее 1. Недостатком известного стекла является отсутствие люминесценции при λ ∼ 1,2 и 2,0 мкм.
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее кварцевое стекло [3] следующего состава, мас. %: SiO2 95,5-99,8; Nd2O3 0,1-2,0;
СеО2 0,01-2,5, причем атомарное отношение Ce/Nd составляет не менее 1.
Основными недостатками прототипа являются отсутствие полосы люминесценции в
спектральной области при λ ∼ 1,2 мкм (эта область лишь частично перекрывается "хвостами" люминесцентных полос Nd3 + с максимумами при λ ≈ 1,06 и 1,34 мкм) и очень слабая люминесценция при λ ∼ 2,0 мкм.
Указанные недостатки при использовании такого кварцевого стекла (прототипа) в качестве активного элемента лазеров не позволяют получать генерацию либо усиление в
спектральных областях при λ ∼ 1,2 и 2,0 мкм.
Задачей предполагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции в спектральных
областях при λ ∼ 1,2 и 2,0 мкм. Использование такого стекла в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой позволит увеличить их коэффициент полезного
действия и получить генерацию либо усиление в указанных спектральных областях.
Для решения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее
SiO2 и CeO2, дополнительно содержит Но2О3 при следующем соотношении компонентов,
мас. %: SiO2 95,0-99,4; Но2О3 0,1-1,0; СеO2 0,5-4,0. Причем атомарное отношение Се/Но
составляет не менее 1.
Введение СеO2 приводит к образованию в стекле сложных Се-Но-центров, обеспечивающих необходимый технический результат - появление полос интенсивной инфракрасной люминесценции при λ ∼ 1,2 и 2,0 мкм, эффективно возбуждаемых в широкой
ультрафиолетовой полосе.
Стекло получали прямым золь-гель методом, включающим следующие этапы:
гидролиз тетраэтилортосиликата Si(OC2H5)4 в водно-спиртовой среде в присутствии
соляной кислоты НС1, используемой в качестве катализатора, при мольном соотношении
компонент HCl:H2O:C2H5OH:Si(OC2H5)4 = 0,01:15:4,6:0,43 до получения золя;
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;
2
BY 11772 C1 2009.04.30
нейтрализацию среды водным раствором аммиака;
сушку в термошкафу;
термообработку и обезвоживание;
пропитку ксерогеля раствором соединений гольмия и церия;
спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла при Т ≈ 1250 °С.
Уменьшение концентрации Ho2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за трудности
реализации превышения коэффициента усиления над коэффициентом потерь. Увеличение
концентрации Но2О3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за уменьшения доли Се-Ноцентров, обеспечивающих необходимый технический результат. Уменьшение атомарного
соотношения Се/Но ниже заявляемого не позволяет получить долю Се-Но-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 ведущих к уменьшению
эффективности возбуждения люминесценции и увеличению тепловых потерь.
Составы заявляемого стекла и относительная интегральная интенсивность люминесценции I в полосах при λ = 1,1-1,3 и 1,8-2,2 мкм для заявляемого стекла, прототипа и
кварцевого гель-стекла, легированного Но2О3 в концентрации 1,0 мас. % при длине волны
возбуждения λ = 0,32 мкм, приведены в таблице.
Состав, мас. %
№ образ
I при λ=1,1-1,3 мкм, I при λ=1,8-2,2 мкм,
ца
SiO2
Но2О3
СеО2
отн. ед.
отн. ед.
1
99,4
0,1
0,5
0,3
0,2
2
97,4
0,6
2,0
0,8
0,6
3
95,5
1,0
4,0
1,5
1,0
4
Прототип 96,6 SiO2-l,l Nd2O3-2,3 CeO2
0,12
<0,01
5
Стекло 99,0 SiO2-1,0 Но2О3
0,3
<0,01
На фиг. 1 и 2 изображены для образца 3 "квантовые" спектры люминесценции (возбуждение при λ = 0,32 мкм) и возбуждения люминесценции (регистрация при λ = 1,21 мкм),
приведенные в максимуме к единице.
Видно, что инфракрасная люминесценция заявляемого стекла представлена структурными полосами при λ ~ 1,2 и 2,0 мкм, которые эффективно возбуждаются в широкой
ультрафиолетовой полосе (спектр возбуждения люминесценции при регистрации на
λ = 1,93 мкм подобен изображенному на фиг. 2). Исходя из табличных данных, интенсивность инфракрасной люминесценции заявляемого стекла значительно превосходит прототип и Но-содержащее стекло.
Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло радикально отличается от прототипа и Но-содержащего стекла спектрами инфракрасной люминесценции и
характеризуется высокой эффективностью ее ультрафиолетового возбуждения. Эти характеристики обеспечивают заявляемому стеклу существенные преимущества при использовании его в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой,
генерирующих в спектральных областях при λ ∼ 1,2 и 2,0 мкм.
Источники информации:
1. Заявка на патент США 20050075233, МПК С 03С 003/12; С 03С 003/062, 2005.
2. Патент РБ 6341, МПК С 03С 4/12, 3/06, 2001.
3. Патент РБ 6616, МПК С 03С 3/06, 4/12, 2001.
3
BY 11772 C1 2009.04.30
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
145 Кб
Теги
11772, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа