Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в оранжево-красной области спектра. Техническим результатом изобретения является создание люминесцирующего стекла, пригодного для накачки светодиодами и характеризующегося широкими полосами люминесценции в оранжево-красной области спектра и высокими значениями квантового выхода люминесценции и коэффициента ее ветвления для данных полос. Это позволит использовать такое люминесцирующее стекло в качестве активного материала для миниатюрных лазеров, генерирующих в оранжево-красной области спектра. Люминесцирующее стекло содержит В2О3, Аl2О3, Lа2О3 или Y2О3 и Sm2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: 65-73 В2О3, 15-20 Аl2О3, 8-15 La2O3 или Y2О3, 0,1-4 Sm2O3. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в оранжево-красной области спектра.

Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло состава, масс.%: (0,05-1,0)Sm2O3, (0,001-0,010)OH-, остальное - SiO2 (патент РБ №5391 с приоритетом от 1997.08.19, МПК C03C 3/06, 4/12).

Данное стекло имеет низкий квантовый выход люминесценции (≤10% при 1 масс.% Sm2O3) и малый коэффициент ветвления люминесценции (≤20%) для перехода 5G5/26H7/2 (λ≈600 нм) ионов Sm3+, что затрудняет получение генерации на этом переходе, а также малая эффективная ширина (примерно 7 нм) наиболее интенсивной полосы 5G5/26H9/2 (λ≈650 нм), ограничивающая область перестройки длины волны генерируемого излучения.

Известно светотехническое стекло состава, масс.%: (62-76)SiO2, (0,5-5)Al2O3, (7-16)Na2O, (0,1-6)K2O, (1-8)CaO, (1-8)MgO, (0,01-0,4)Fe2O3, (0,01-3)СеО2, (1-6)B2O3, (0,8-5)ZnO, (0,1-4)ВаО, (0,01-0,6)Sm2O3, (0,01-0,6)Eu2O3 (патент РФ №2145582 C1, МПК C03C 3/095, дата публикации 20.02.2000).

Стекло имеет низкую интенсивность люминесценции ионов Sm3+ из-за малой концентрации последних и наличия таких тушителей их люминесценции, как ионы европия и железа.

Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло состава, масс.%: (96,000-99,299)SiO2, (0,2-2,0)Sm2O3, (0,001-0,010)OH-, (0,5-2,0)Ag2O (патент РБ №9281 с приоритетом от 2004.11.19, МПК C03C 3/06, 4/12).

Недостатками данного стекла являются малый коэффициент ветвления люминесценции (≤20%) для перехода 5G5/26H7/2 (λ≈600 нм) ионов Sm3+, что затрудняет получение генерации на этом переходе, и малая эффективная ширина (~7 нм) наиболее интенсивной полосы 5G5/26H9/2 (λ≈650 нм), ограничивающая область перестройки длины волны генерируемого излучения.

Наиболее близким к заявляемому люминесцирующему стеклу по технической сущности является стекло состава, масс.%: (37,67-40,17)SiO2; (34,08-34,59)B2O3; (16,14-17,14)Al2O3; (9,11-10,6)Na2O; Tb4O7 в количестве 10% сверх 100% и GdO - 50% от содержания оксида тербия (патент RU 2297987 C1, опубликован 27.04.2007, МПК C03C 3/064, C03C 4/12).

Недостатком прототипа является низкая интенсивность люминесценции в оранжево-красной области спектра из-за невысоких коэффициентов ветвления люминесценции в переходах 5D37F3 (≤15%) и 5D37F2 (≤10%) 7F1 ионов Tb3+, лежащих соответственно при λ≈585 и 620 нм. Это является одной из причин, не позволяющих использовать его для получения оптической генерации в указанной области. Кроме того, прототип характеризуется очень слабым поглощением в спектральной области 385-500 нм - пиковое значение линейного коэффициента поглощения, обусловленного f-f-переходами ионов Tb3+, почти на два порядка меньше значения одноименного параметра для стекол с идентичной концентрацией ионов Sm3+, что не позволяет эффективно возбуждать люминесценцию прототипа излучением светодиодов.

Задачей предполагаемого изобретения является создание люминесцирующего стекла, пригодного для накачки светодиодами и характеризующегося широкими полосами люминесценции в оранжево-красной области спектра и высокими значениями квантового выхода люминесценции и коэффициента ее ветвления для данных полос. Это позволит использовать такое люминесцирующее стекло в качестве активного материала для миниатюрных лазеров, генерирующих в оранжево-красной области спектра.

Для решения поставленной задачи люминесцирующее стекло, содержащее B2O3 и Al2O3, дополнительно содержит Sm2O3 и La2O3 или Y2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: (65-73)B2O3, (15-20)Al2O3, (8-15)La2O3 или Y2O3, (0,1-4)Sm2O3.

Исходные материалы смешивали в требуемом соотношении, а полученную шихту плавили на воздухе в платиновом тигле в течение 1 часа. Выработку осуществляли путем отлива в металлические формы. При отжиге вплоть до температуры Т=900°C кристаллизации не наблюдалось.

Уменьшение концентрации Sm2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения интенсивности люминесценции и отсутствия повышения ее квантового выхода. Увеличение концентрации Sm2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за значительного снижения квантового выхода люминесценции. Изменение концентрации остальных ингредиентов в заявляемых пределах слабо влияет на спектр и квантовый выход люминесценции заявляемого люминесцирующего стекла. Вместо Lа2O3 заявляемое люминесцирующее стекло может содержать Y2O3, что практически не отражается на его спектрально-люминесцентных свойствах.

Составы заявляемого люминесцирующего стекла и значения средней длительности затухания и квантового выхода люминесценции η ионов Sm3+, а также коэффициенты ветвления люминесценции β1 и β2 для спектральных полос 5G5/26H7/2max≈603 нм) и 5G5/26H9/2max≈650 нм) этих ионов и эффективные значения ширины таких полос и сведены в таблицу. Приведенные спектрально-люминесцентные характеристики определялись по кинетике затухания и спектрам люминесценции с использованием следующих известных формул:

, , , ,

где I - интенсивность люминесценции, τд - постоянная дальней экспоненты, определенная при низкой (1 мол %) концентрации Sm2O3, Si - площадь под i-ой полосой в «квантовом» спектре люминесценции.

Таблица
№ образца Состав, мол. % ,
МКС
η,
%
β1,
%
β2,
%
,
нм
,
нм
B2O3 Al2O3 La2O3 или Y2O3 Sm2O3
1 67 17,9 15 0,1 1750 ≥95 38 26 16 17
2 65 20 14 1 690 38 37 27 16 18
3 73 15 8 4 85 5 37 27 16 18

На фигурах 1 и 2 изображены соответственно спектры светоослабления и «квантовые» спектры люминесценции (длина волны возбуждения 402 нм) заявляемого люминесцирующего стекла для образца 2.

Видно, что заявляемое люминесцирующее стекло характеризуется достаточно высоким квантовым выходом люминесценции при концентрациях Sm2O3 менее или равных 4 мол.%, относительно высокими коэффициентами ветвления люминесценции в потенциальных «лазерных» переходах 5G5/26H7/2 и 5G5/26H9/2 и значительными эффективными значениями ширины полос. Люминесценция такого люминесцирующего стекла может эффективно возбуждаться в спектральных полосах при λ≈402 и 470 нм, при этом оптимальная длина активного лазерного элемента в зависимости от концентрации Sm2O3 и длины волны излучения накачки составит от долей до десятков сантиметров. Поскольку при этих длинах волны излучают достаточно мощные светодиоды синего и фиолетового излучения, это позволит создавать относительно миниатюрные источники оранжево-красного излучения.

Таким образом, заявляемое люминесцирующее стекло существенно превосходит прототип и аналоги по величине коэффициента ветвления люминесценции в оранжево-красной области спектра, характеризуется относительно слабоэффективным концентрационным тушением люминесценции и значительным линейным коэффициентом поглощения излучения накачки в абсорбционных полосах активатора при λ≈402 и 470 нм. Кроме того, эффективная ширина «рабочих» полос заявляемого люминесцирующего стекла, по крайней мере, не уступает одноименной характеристике полос прототипа, составляющей 15 нм для полосы при λ≈585 нм и 12 нм для полосы при λ≈620 нм. Это обеспечивает заявляемому люминесцирующему стеклу преимущество в качестве активного элемента при создании лазерных преобразователей синего и фиолетового излучения в оранжево-красную область спектра.

Люминесцирующее стекло, содержащее В2О3 и Аl2О3, отличающееся тем, что дополнительно содержит Sm2O3 и Lа2О3 или Y2O3 при следующем соотношении компонентов, мол %:

В2O3 65-73
Аl2О3 15-20
2O3 или Y2O3 8-15
Sm2O3 0,1-4


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству стекла для оптических целей и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в области спектра 0,4-5 мкм. .

Стекло // 1689315

Стекло // 1650620
Изобретение относится к составам силикатных стекол и может быть использовано в приборостроении, квантовой электронике , например в качестве люминесцентных трансформаторов и светофильтров.

Изобретение относится к лазерному материаловедению и касается разработки новых оптических материалов, используемых в различных системах лазерных устройств. .

Изобретение относится к составам люминесцентных стекол, применяемых для преобразования ультрафиолетового излучения в излучение видимого и близкого инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к составам люминесцентных стекол, применяемым для преобразования ультрафиолетового (УФ) излучения в излучение видимого и близкого инфракрасного диапазона .

Стекло // 2386596
Изобретение относится к оптическим материалам, которые могут использоваться в качестве светофильтров, подавляющих развивающиеся перпендикулярно оси активного элемента паразитные моды моноимпульсных неодимовых лазеров при 1,06 и 1,34 мкм.

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении и квантовой электронике, например для создания магнитооптических (фарадеевских) затворов, модуляторов, циркуляторов и аналогичных устройств.

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении и квантовой электронике, например, для создания магнитооптических (фарадеевских) затворов, модуляторов, циркуляторов и аналогичных устройств.

Изобретение относится к составам магнитооптических стекол, обладающих высоким значением постоянной Верде в ультрафиолетовой области спектра, которые могут быть использованы в оптическом приборостроении и квантовой электронике, например, для создания магнитооптических (фарадеевских) затворов, модуляторов, циркуляторов и аналогичных устройств.

Изобретение относится к оптическим стеклам, которые могут быть использованы в массовой кино-фотооптике. .

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к плавленому алюмоборатному стеклу, активированному трехзарядными ионами церия (Се3+) и тербия (Tb3+), которое может использоваться в качестве визуализатора ультрафиолетовых изображений и светового трансформатора из ультрафиолетовой в желто-зеленую область спектра. Техническим результатом изобретения является создание стекла с высоким активным поглощением в ультрафиолетовой области спектра и эффективной люминесценцией в области максимальной спектральной чувствительности глаза человека. Стекло (варианты) имеет следующий состав, мол.%:В2О3 55-70, Al2O3 15-35, La2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5 или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-9, La2O3 1-9, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-1 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5 или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-9, La2O3 1-9, Се2О3 1-5, Gd2O3 1-9, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5, или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Y2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5, или В2О3 55-70, Al2O3 15-35, Gd2O3 1-10, Се2О3 1-5, Tb2O3 2-10 и сверх 100% Sb2O3 0,5-5, при этом атомарное отношение Tb/Се≥1. 5 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в ближней инфракрасной области спектра. Техническим результатом изобретения является создание стекла, характеризующегося интенсивной широкополосной люминесценцией в ближней инфракрасной области спектра и пригодного для использования в качестве активной среды лазера. Стекло, содержащее B2O3, Al2O3, La2O3 и/или Y2O3 и Yb2O3, имеет следующее соотношение компонентов, мол.%: 57-62 B2O3, 27-33 Al2O3, 1-9,5 La2O3 и/или Y2O3, 0,5-10 Yb2O3. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам алюмоборатных стекол, которые могут использоваться в качестве преобразователей ультрафиолетового и, возможно, рентгеновского излучения в квазибелый свет, а также в качестве стандартов для коррекции регистрируемых спектров люминесценции. Техническим результатом изобретения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося бесструктурной полосой люминесценции. Люминесцирующее стекло содержит B2O3, Al2O3, La2O3 и/или Y2O3 и Sb2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: 58-67 B2O3, 22-32 Al2O3, 5-12 La2O3 и/или Y2O3 и сверх 100% 0,3-10 Sb2O3. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области материалов для твердотельных индикаторов ультрафиолетового излучения. Фотохромное люминесцентное стекло содержит оксид европия Eu2O3 в концентрации 0,43-0,49% (мас.) и тетраборат лития Li2B4O7 (остальное). Стекло интенсивно люминесцирует при воздействии ультрафиолетового (УФ) излучения и практически мгновенно изменяет окраску при изменении интенсивности УФ-излучения. Стекло может быть использовано в простых индикаторах излучения ближнего и среднего УФ-диапазона, а также при выборе источников освещения. Технический результат изобретения - создание фотохромного люминесцентного стекла, имеющего яркую окраску и позволяющего определить наличие и оценивать интенсивность УФ-излучения. 1 табл., 3 пр., 4 ил.
Наверх