Люминесцирующее стекло

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 Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в ближней инфракрасной области спектра.

Известно иттербиевое фосфатное стекло состава, мол. %: 60-75 P2O5, 10-30 Yb2O3, 0-30 комбинация двух или более компонентов X2O3, R2O, MO; здесь X2O3 представляет 0-26 мол. %, а Х выбирается из Al, В, La, Sc, Y и их смеси; R2O представляет 0-26 мол.%, а R выбирается из Li, Na, K и их смеси; MO представляет 0-26 мол.%, а M выбирается из Mg, Ca, Sr, Ba, Zn и их смеси (Ytterbium-phosphate glass, патент US 7,531,473 B2).

Недостатками известного стекла являются низкие влагостойкость и термопрочность, а также высокие потери на кооперативную люминесценцию ионов Yb3+, что затрудняет его использование в полевых условиях и мешает получению эффективной генерации при высоком уровне накачки.

Известно стекло состава, мол.%: 22 MgF2, 32-52 BaF2, 5-25 PbF2, 20 Al(PO3)3, 1 YbF3 (Yb3+ doped fluorine phosphorous glass with high crystallization stability and preparing method thereof, патент CN 101269913 (A) от 2008-09-24).

Основным недостатком известного стекла является низкая концентрация ионов Yb3+, что не позволяет получать высокую удельную мощность генерации.

Известно люминесцирующее германатное стекло состава, мол.%: (40-60) GeO2, (0,01-5) Er2O3, (1-28) Yb2O3, (15-30) B2O3, (1-5) Al2O3, (1-25) La2O3 (Люминесцирующее германатное стекло, патент РБ №12472, патент РФ №2383503).

Недостатком известного стекла является трудность получения генерации на ионах Yb3+ из-за передачи возбуждений с них на ионы Er3+.

Известно люминесцирующее кварцевое стекло состава, масс.%: (88-96) SiO2, (3-9) Yb2O3, (1-3) Rb2O по пункту 1 и (87-95) SiO2, (3-9) Yb2O3, (1-2) Rb2O, (1-2) Cs2O пo пункту 2 (Люминесцирующее кварцевое стекло (варианты), патент РБ №16901, патент РФ №2482079).

Недостатком известного стекла является относительно высокая интенсивность кооперативной люминесценции ионов Yb3+ (λ≈500 нм), что мешает получению эффективной генерации при высоком уровне накачки.

Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является стекло состава, мол.%: (65-73) B2O3, (15-20) Al2O3, (8-15) La2O3 или Y2O3, (0,1-4) Sm2O3 (Люминесцирующее стекло, патент РБ №14839, патент РФ №2415089).

Недостатком прототипа является невозможность получения генерации в ближней инфракрасной области спектра из-за малого коэффициента ветвления люминесценции в переходах 4G5-26F3/2→11/2 ионов Sm3+ (λ≈940-1500 нм) и перекрытия соответствующих полос с полосами поглощения этих ионов. Это не позволяет использовать прототип в качестве активных сред лазеров, генерирующих в ближней инфракрасной области спектра.

Задачей предлагаемого изобретения является создание люминесцирующего стекла, характеризующегося интенсивной широкополосной люминесценцией в ближней инфракрасной области спектра и пригодного для использования в качестве активной среды лазера.

Для решения поставленной задачи люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (B2O3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3) и/или иттрия (Y2O3), дополнительно содержит оксид иттербия (Yb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол %: (57-62) B2O3, (27-33) Al2O3, (1-9,5) La2O3 и/или Y2O3, (0,5-10) Yb2O3.

Исходные материалы смешивали в требуемом соотношении, а полученную шихту плавили на воздухе в платиновом тигле в течение 1 часа. Выработку осуществляли путем отлива расплава на металлическую плиту.

Уменьшение концентрации Yb2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за низкой интенсивности люминесценции. Увеличение концентрации Yb2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения квантового выхода люминесценции. Изменение концентрации остальных ингредиентов в заявляемых пределах, в том числе замена La2O3 на Y2O3, слабо влияет на спектр и квантовый выход люминесценции заявляемого стекла.

Составы заявляемого стекла и значения коэффициента поглощения k в максимуме чисто электронного перехода (λ≈976 нм), средней длительности затухания люминесценции ионов Yb3+, и квантового выхода люминесценции последних η=τ/τ0 сведены в таблицу. Здесь I - интенсивность люминесценции, τ0 - радиационное время жизни метастабильного состояния Yb3+, определяемое по известной формуле где g - статистический вес энергетического состояния, n - показатель преломления стекла (определялся иммерсионным методом). При определении возбуждение осуществлялось моноимпульсным излучением лазера на сапфире с титаном (λ=900 нм, длительность импульса ≈10 нс), регистрация производилась при λ=976 нм, толщина образцов составляла 1 мм.

Таблица
№ образца Состав, мол.% k, см-1 τ ¯ , мкс η, %
B2O3 Al2O3 La2O3 и/или Y2O3 Yb2O3
1 57 33 9,5 0,5 3,7 920 ≈100
2 60 30 9 1 6,7 940 ≈100
3 60 30 5 5 25,3 360 ≥40
4 62 27 1 10 48,0 220 ≥25

На фигуре изображены спектр светоослабления (кривая 1) и «квантовый» спектр люминесценции при длине волны возбуждения 900 нм (кривая 2) для образца №2.

Видно, что квантовый выход люминесценции заявляемого стекла при концентрациях Yb2O3, менее или равных 1 мол.%, близок к 100% и сохраняет достаточно высокое значение (≥40%) при концентрации оксида активатора 5 мол.%. Отличительной особенностью данного стекла является низкая интенсивность кооперативной люминесценции ионов Yb3+. Например, по сравнению с рассмотренным аналогом (патенты РБ №16901 и РФ №2482079) она, по крайней мере, на два порядка ниже. Заявляемое стекло устойчиво к воздействию влажной атмосферы и пятнающих агентов.

Таким образом, заявляемое стекло в отличие от прототипа характеризуется эффективной широкополосной люминесценцией в ближней инфракрасной области спектра. Благодаря низкой эффективности кооперативной люминесценции ионов Yb3+ оно перспективно для использования в условиях высокой заселенности метастабильного состояния активатора. Это обеспечивает заявляемому стеклу преимущество в качестве активного элемента лазеров ближнего инфракрасного диапазона, функционирующих в моноимпульсном режиме.

Люминесцирующее стекло, содержащее оксиды бора (B2O3), алюминия (Al2O3) и лантана (La2O3) и/или иттрия (Y2O3), отличающееся тем, что дополнительно содержит оксид иттербия (Yb2O3) при следующем соотношении компонентов, мол.%:

B2O3 57-62
Al2O3 27-33
La2O3 и/или Y2O3 1-9,5
Yb2O3 0,5-10



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области люминесцентных стекол для преобразования ультрафиолетового излучения в белый цвет. Техническим результатом изобретения является создание люминесцентного стекла с высокой прозрачностью в видимом диапазоне.

Изобретение относится к оптическому стеклу и может быть использовано для создания оптических усилителей в диапазоне длин волн второго окна прозрачности (1260-1360 нм) волоконных световодов на основе магнийалюмокварцевого стекла.

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.

Изобретение относится к легированным прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые могут использоваться в качестве активной среды лазеров и усилителей в ближней ИК области.

Изобретение относится к фторидным оптическим стеклам, обладающим способностью к люминесценции в диапазоне 1000-1700 нм при возбуждении излучением с длинами волн в пределах 400-1100 нм.

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 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.

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

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.

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.

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 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 оптическим материалам, в частности к составам Yb-содержащих оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров, 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 иили Y2O3 и Yb2O3, имеет следующее соотношение компонентов, мол.: 57-62 B2O3, 27-33 Al2O3, 1-9,5 La2O3 иили Y2O3, 0,5-10 Yb2O3. 1 табл., 1 ил.

Наверх