Люминесцирующее стекло

Изобретение относится к легированным стеклам, которые могут использоваться в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ≈0,89-0,99 мкм, активной среды усилителей и лазерных преобразователей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля мощности лазерного ИК-излучения. Технический результат изобретения заключается в создании стекла с высокой эффективностью антистоксовой люминесценции при возбуждении в спектральной области с λ≈0,89-0,99 мкм и высоким сечением усиления в основной полосе антистоксовой люминесценции. Люминесцирующее стекло содержит двуокись кремния, окись иттербия Yb2O3, окись эрбия Er2O3 и окись рубидия Rb2O при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 - 85,8-92,7; Yb2O3 - 4,9-9,8; Er2O3 - 0,8-2,4; Rb2O - 1,6-2,4. 1 табл.

 

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к полученному по золь-гель процессу стеклу, легированному иттербием и эрбием, которое может использоваться в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с длиной волны λ≈0,89-0,99 мкм, активной среды усилителей и лазерных преобразователей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля мощности лазерного ИК-излучения.

Известно иттербий-фосфатное стекло (патент US №7531473, B2), которое включает до 30 мол. % Yb2O3 и может содержать также один или более других "лазерных" ионов. Недостатком стекла являются малая эффективность антистоксовой люминесценции и присущие фосфатным стеклам низкие эксплуатационные параметры. Это не позволяет использовать стекло в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ≈0,89-0,99 мкм и активной среды "up"-конверсионных лазерных преобразователей.

Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло (патент BY №3675) следующего состава, мас.%: 0,01-0,03 Er2O3; 0,0010-0,0025 OH-; SiO2 остальное. Недостатком является невозможность его использования в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ ~ 0,89-0,99 мкм и активной среды "up"-конверсионных лазерных преобразователей.

Известно силикатное стекло для "up"-конверсионной флуоресценции (патент US №6879609), включающее SiO2, Al2O3, La2O3, Tm2O3, которое дополнительно может содержать GeO2 и Er2O3). Основным недостатком является невозможность визуализации ИК-излучения с λ ~ 0,89-0,96 мкм.

Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло (патент BY №9281), включающее (мас.%) 96,000-99,299 SiO2, 0,2-2,0 Sm2O3, 0,001-0,010 ОН-, 0,5-2,0 Ag2O. Недостатком является невозможность его использования в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ ~ 0,89-0,99 мкм и активной среды "up"-конверсионных лазерных преобразователей.

Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее кварцевое стекло (патент BY №11772), включающее (мас.%) 95,0-99,4 SiO2, 0,5-4,0 CeO2, 0,1-1,0 Ho2O3, причем атомарное отношение Ce/Ho составляет не менее 1.

Недостатком прототипа является невозможность его использования в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ ~ 0,89-0,99 мкм и активной среды "up"-конверсионных лазерных преобразователей с накачкой при указанных длинах волн.

Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью антистоксовой люминесценции при возбуждении в спектральной области с λ≈0,89-0,99 мкм и высоким сечением усиления в основной полосе антистоксовой люминесценции. Это позволит использовать его в качестве антистоксовых визуализаторов соответствующего ИК-излучения и активных элементов лазеров либо усилителей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции.

Для выполнения поставленной задачи предложено люминесцирующее стекло, содержащее двуокись кремния, дополнительно содержит окись иттербия Yb2O3, окись эрбия Er2O3 и окись рубидия Rb2O при следующем соотношении (мас.%): SiO2 85,8-92,7; Yb2O3 4,9-9,8; Er2O3 0,8-2,4; Rb2O 1,6-2,4.

Введение Rb2O позволяет повысить в стекле концентрацию редкоземельных активаторов при сохранении его прозрачности и сформировать наночастицы твердого раствора в форме оксида (Yb, Er)2O3, характеризующегося эффективной миграцией возбуждений между ионами Yb3+ и Er3+.

Стекло получали прямым золь-гель способом, включающим следующие этапы:

- гидролиз тетраэтилортосиликата Si(OC2H5)4 в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты HCl, используемой в качестве катализатора, 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 способом центробежной сепарации;

- нейтрализацию среды водным раствором аммиака;

- литье жидкого шликера в форму;

- гелеобразование;

- сушку в термошкафу;

- термообработку;

- пропитку ксерогеля раствором легирующих соединений;

- сушку в термошкафу;

- термообработку;

- спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла при T≈1150°C.

Уменьшение концентрации Yb2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за невысокого линейного коэффициента поглощения в абсорбционном переходе 2F7/22F5/2 ионов Yb3+. Увеличение концентрации Yb2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения прозрачности стекла. Уменьшение концентрации Er2O3 ниже заявляемой либо ее увеличение выше заявляемой нецелесообразно по причине значительного ослабления интенсивности антистоксовой люминесценции из-за реализации прямого и обратного переноса возбуждений между ионами Yb3+ и Er3+. Уменьшение концентрации Rb2O ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения прозрачности стекла и повышения температуры его спекания, а увеличение выше заявляемой - также из-за снижения прозрачности стекла.

Составы заявляемого стекла (по синтезу), пиковое значение линейного коэффициента поглощения k в максимуме полосы 2F7/22F5/2 ионов Yb3+ (λ≈978 нм), относительная интегральная интенсивность антистоксовой люминесценции I в переходах 2H11/2, 4S3/24I15/2 (λ≈510-570 нм) и 4F9/24I15/2 (λ≈640-690 нм) при возбуждении излучением лазерного диода с λ≈971 нм, сечения усиления σ1 и σ2 в максимумах полос люминесценции 2H11/24I15/2 (λ≈522 нм) и 4S3/24I15/2 (λ≈545 нм) ионов Er3+ приведены в таблице. Значения сечений усиления определялись с помощью известной формулы

σ i j = g j k j i ( λ ) d λ / g i N E r Δ λ ¯ i j ,

где g - степень вырождения соответствующего уровня, NEr - объемная концентрация Er3+, Δ λ ¯ i j = I ( λ ) d λ / I max .

В этой же таблице дана предельная относительная погрешность измерений Δ. Сравнительно большое значение последней обусловлено неравномерностью распределения соактиваторов по сечению цилиндрических образцов.

Таблица
№ образца Состав, мас.% k(см-1) при λ≈978 нм I, отн.ед. σ1 σ1
SiO2 Yb2O3 Er2O3 Rb2O 10-21 см2
Δ=±15%
1 89,4 5,8 2,4 2,4 2,46 0,74 9,4 1,9
2 85,8 9,8 1,6 2,8 3,88 1,0 9,3 1,9
3 92,7 4,9 0,8 1,6 2,75 0,6 9,5 1,9

На фигуре 1 изображен спектр светоослабления образца 1. На фигуре 2 приведены нормированные путем приведения в максимуме к единице спектры антистоксовой люминесценции образца 3, записанные при плотности мощности непрерывного лазерного возбуждения на λ=971 нм, равной 0,2 кВт/см2 (кривая 1) и 2,2 кВт/см2 (кривая 2).

Видно, что заявляемое стекло характеризуется достаточно высокими значениями k и σ, а его видимая антистоксова люминесценция состоит из двух частично перекрывающихся полос в зеленой области спектра и одной полосы в красной области. Причем соотношение интенсивностей люминесценции в области 510-570 нм и области 640-690 нм при заданной концентрации соактиваторов определяется мощностью возбуждения. Данные свойства позволяют использовать заявляемое стекло в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с λ≈0,89-0,99 мкм, активных элементов лазеров либо усилителей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля мощности лазерного излучения.

Люминесцирующее стекло, содержащее двуокись кремния, отличающееся тем, что дополнительно содержит окись иттербия (Yb2O3), окись эрбия (Er2O3) и окись рубидия (Rb2O) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2 85,8-92,7
Yb2O3 4,9-9,8
Er2O3 0,8-2,4
Rb2O 1,6-2,4



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к серым стеклам, используемым в автомобилестроении, архитектуре, космической промышленности. .

Изобретение относится к стекловолокну, которое используется при изготовлении тепло- или звукоизоляционного материала. .
Стекло // 2383502
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекол, которые могут быть использованы в производстве тарных стеклоизделий. .
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов стекла, используемого в производстве электровакуумных приборов. .
Стекло // 2335467
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов стекла, используемого для изготовления изделий декоративно-художественного назначения, сортовой посуды.
Стекло // 2335466
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекла, которое может быть использовано в оптическом приборостроении, производстве изделий декоративно-художественного назначения.
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов стекла, используемого, преимущественно, для изготовления изделий декоративно-художественного назначения.
Стекло // 2326067
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекла, используемого для изготовления световых рассеивателей ламп, люстр. .

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Yb-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к легированным кварцевым стеклам с тетраэдрической координацией атомов титана и может быть использовано при создании компонентов микро- (нано-) и оптоэлектронных устройств.
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к магнитооптическим стеклам, содержащим оксид тербия, для использования в качестве устройств, работающих на принципе эффекта Фарадея.
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекла для изготовления изделий декоративно-художественного назначения, бижутерии. .

Изобретение относится к составам стекол для изготовления бисера. .
Стекло // 2430023
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекол, которые могут быть использованы дня изготовления изделий декоративно-художественного назначения.
Стекло // 2425809
Изобретение относится к области технологии силикатов, а именно к составам стекол, которые могут быть использованы в производстве облицовочной плитки, изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к легированным прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые могут использоваться в качестве активной среды лазеров и усилителей в ближней ИК области. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры синтеза прозрачного люминесцирующего в ближней ИК области стеклокристаллического материала до 1500°C. Стеклокристаллический материал содержит следующие компоненты, мас.%: Li2O - 1,3-2,3; Na2O - 1,5-2,7; Ga2O3 - 32,5-37,9; SiO2 - 7,0-21,2; GeO2 - 37,0-56,5; NiO - 0,01-0,8. 4 пр., 7 ил., 2 табл.

Изобретение относится к легированным стеклам, которые могут использоваться в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с 0,89-0,99 мкм, активной среды усилителей и лазерных преобразователей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля мощности лазерного ИК-излучения

Наверх