Люминесцирующее стекло


 


Владельцы патента RU 2553879:

Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" (BY)

(57) Изобретение относится к составам оптических стекол и может быть использовано в лазерных системах в качестве активных сред ап-конверсионных лазеров с диодной накачкой, преобразующих инфракрасное лазерное излучение в видимую область, а именно в зеленую область спектра. Люминесцирующее стекло включает следующие компоненты, мол.%: SiO2 44,0-48,5; GeO2 1,5-5,5; PbO 35,0-39,5; PbF2 10,5-14,0 и Er2O3 0,5-1,0. Для получения люминесцирующего стекла требуется температура синтеза 900±50оС, что упрощает процесс. Полученное стекло имеет высокую яркость и способно люминесцировать без термической обработки. 2 табл.

 

Изобретение относится к составам оптических стекол, в частности к люминесцирующим стеклам, активированным ионами редкоземельных элементов, в частности ионами эрбия, и предназначено для использования в лазерных системах в качестве активных сред ап-конверсионных лазеров с диодной накачкой, преобразующих инфракрасное лазерное излучение в видимую область, а именно в зеленую область спектра.

Такие активные среды должны обеспечивать генерацию лазера в спектральном диапазоне ~540 нм, соответствующем переходу 4S3/2->4I15/2 иона Er3+, при накачке лазерным диодом с длинной волны 960-990 нм.

Известно люминесцирующее теллуритное стекло, легированное ионами эрбия, состава в мол.%: TeO2 - 80; Na2O -10; ZnO - 9; Er2O3 - 1[1]. Известное стекло характеризуется люминесценцией в спектральной области при λ~1,55 мкм, что исключает его применение в качестве активной среды в лазерах, генерирующих в области 540 нм.

Известно люминесцирующее германатное стекло состава в мол.%: GeO2 40-60; Er2O3 0,01-5; Yb2O3 1-28; В2О3 15-30; Al2O3 1-5; La2O3 1-25[2]. Стекло рекомендовано использовать в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона для спектральной области при λ~1,55 мкм, что соответствует переходу иона Er3+:4I13/2->4I15/2. Однако из-за отсутствия люминесценции в спектральной области 540 нм данное стекло также не может быть использовано в качестве активной среды для преобразователей инфракрасного лазерного излучения в видимое зеленое.

Наиболее близким к предлагаемому стеклу по технической сущности и достигаемому результату является люминесцирующая прозрачная стеклокерамика (взята за прототип), содержащая в мол. %: SiO2-40,0; Al2O3 - 25,0; Na2CO3 - 18,0; YF3 - 10,0; NaF - 7,0; xErF3 (х=0,05; 0,2; 0,5; 1,0 и 2,0) [3]. Стеклокерамика-прототип характеризуется зеленым и красным ап-конверсионным излучением в спектральной области 520-545 нм и 660 нм соответственно. Для получения стеклокерамики стекло указанного состава синтезируют при температуре 1450°С. Исходное стекло подвергают термической обработке в интервале температур 570-650°С для формирования в матрице стекла нанокристаллической фазы NaYF4, содержащей ионы эрбия Er3+ и обусловливающей люминесценцию в красной и зеленой видимой областях спектра. Исходное стекло не люминесцирует.

Недостатком прозрачной стеклокерамики является относительно низкая интенсивность люминеценции в переходе 4S3/2->4I15/2 иона Er3+ (зеленое излучение), поэтому не эффективно использовать ее в качестве лазерной активной среды для преобразования инфракрасного излучения в видимую зеленую область спектра.

Техническая задача изобретения - создание стекла, обладающего свойством преобразования инфракрасного излучения в видимую область спектра и характеризующегося высокой интенсивностю ап-конверсионной люминесценции зеленого излучения в спектральной области при λ - 540 нм, при сохранении прозрачности люминесцирующего стекла.

Поставленная задача достигается тем, что люминесцирующее стекло включает SiO2, GeO2, PbO, PbF2 и Er2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: SiO2 44,0-48,5; GeO2 1,5-5,5; PbO 35,0-39,5; PbF2 10,5-14,0 и Er2O3 0,5-1,0. Количественное соотношение указанных компонентов в предлагаемом составе стекла позволяет обеспечить ап-конверсионную люминесценцию зеленого излучения в спектральной области 540 нм, сохраняя при этом прозрачность стекла, и, таким образом, создать новое люминесцирующее стекло для активной среды ап-конверсионных лазеров, с помощью которых представляется возможным осуществлять генерацию на длине волны ~540 нм.

Из источников информации люминесцирующее стекло с данным соотношением компонентов для решения указанной задачи неизвестно и нами предлагается впервые.

В качестве сырьевых материалов для синтеза стекла используют диоксид германия, борную кислоту, оксид свинца, фторид свинца марки «хч» и оксид эрбия (99,99%). Сырьевые материалы взвешивают на электронных весах, тщательно перемешивают и просеивают через сито №0,5. Приготовленную таким образом шихту для варки стекла засыпают в корундовые тигли, которые помещают в стекловаренную электрическую печь с силитовыми нагревателями. Варку стекла осуществляют при температуре 900±50°С с выдержкой при максимальной температуре в течение 30 мин до полного провара и осветления стекломассы. Скорость подъема температуры в печи 300°С в час.

Конкретные составы и свойства предлагаемого стекла и прототипа представлены в таблицах 1, 2.

Составы стекол

Таблица 1
Содержание компонентов, мол.%
Компоненты 1 2 3 Прототип [3]
SiO2 44,0 47,5 48,5 40,0
GeO2 4,2 5,5 1,5 -
PbO 39,5 36,0 35,0 -
PbF2 11,5 10,5 14,0 -
Er2O3 0,8 0,5 1,0 -
Al2O3 - - - 25,0
Na2CO3 - - - 18,0
YF3 - - - 10,0
NaF - - - 7,0
ErF3 - - - сверх 100%: 0,05; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0

Составы, находящиеся за пределами заявляемой области, не могут быть использованы для этой цели, так как кристаллизуются при выработке либо опалесцируют, теряя свою прозрачность.

Свойства стекол

Таблица 2
Составы стекол
Наименование свойств 1 2 3 Прототип [3]
Температура синтеза стекла, °С 900±50 900±50 900±50 1450
Температура стеклования, °С 320 330 325 -
Плотность, кг/м3 6574,5 6435,0 6498,0 -
Интенсивность люминесценции в переходе 4S3/2->4I15/2, отн. ед. 7000 7000 7000 2000
Коэффициент поглощения, см-1* 1,1 1,1 1,1 -
Поперечное сечение поглощения, см2 0,5×10-20 0,5 ×10-20 0,5×10-20 -
λ(FWHM),нм** 15,2 15,2 15,2 -
* Коэффициент поглощения и поперечное сечение поглощения измерены на длине волны накачки 976 нм (инфракрасное излучение);
** Ширина полосы люминесценции на полувысоте, соответствующая переходу 4S3/2->4I15/2 иона Er3+.

Сопоставляя уровень люминесценции предлагаемого стекла и прототипа в спектральной области 540 нм, видно, что предлагаемое стекло характеризуется в 3 раза более высокой интенсивностью люминесценции по сравнению с прототипом. Преимуществами заявляемого стекла является также его способность люминесцировать без термической обработки и значительно низкая температура синтеза (900±50°С), что упрощает технологический процесс синтеза стекла и снижает энергозатраты на его производство.

Таким образом, люминесцирующее стекло предлагаемого состава способно преобразовывать инфракрасное излучение в видимое и обладает интенсивной ап-конверсионной люминесценцией в спектральной области 540 нм, что дает возможность эффективно его использовать в качестве активной среды в ап-конверсионных лазерах, преобразователях инфракрасного излучения в видимое (зеленое).

Источники информации

1. S.Shen, A.Jha, X.Liu et al. / Tellurite Glasses for Broadband Amplifiers and Integrated Optics // J.Am / Ceram. Soc., 2002, vol.85, №6, P.1391-1395.

2. Патент РФ №2383503 С1 МПК С03С 3/253, 2008, опуб. 10.03.2010.

3. Feng Liu, En Ma. Daqin Chen.Yonlong Yu, Yuansheng Wang / Tunable Red-Green Upconversion Luminescence in Novel Transparent Glass Ceramics Containing Er NaYF4 Nanocrystals // J.Phys. Chem. В 2006, 110, 20843-20846 (прототип).

Люминесцирующее стекло, включающее SiO2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит GeO2, PbO, PbF2 и Er2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%:

SiO2 44,0-48,5;
GeO2 1,5-5,5;
PbO 35,0-39,5;
PbF2 10,5-14,0
Er2O3 0,5-1,0



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к химической промышленности и светотехнике и могут быть использованы в светодиодах для эмиссии окрашенного или белого света. Люминесцентное вещество с силикатными люминофорами, легированными Eu2+, содержит твердые растворы смешанных фаз оксиортосиликатов щелочноземельных и редкоземельных металлов, представленными, например, формулой (1-х)MII 3SiO5·x SE2SiO5:Eu, где 0<х≤0,2; МII представляет собой ионы двухвалентного металла, содержащие по меньшей мере один ион, выбранный из группы, состоящей из стронция и бария, и SE - редкоземельные металлы из группы, включающей Y, La, Gd.

Изобретение может быть использовано для визуализации ИК-излучения и в устройствах для скрытой записи информации. Фотостимулируемый люминофор сине-зеленого цвета свечения на основе алюмината стронция, активированного ионами Eu2+ и Dy3+ , имеет химический состав, соответствующий следующей эмпирической формуле: (Sr1-x-y-z-cEuxDyyTmzLnc)4Al14O25, где 1·10-3≤x≤5·10-2; 0≤y≤5·10-3; 1·10-5≤z≤2,5·10-2; 1·10-4≤c≤2,5·10-2; Ln - La3+ или Er3+.

Изобретение относится к новым люминесцентным материалам для устройств красного свечения, особенно к области новых люминесцентных материалов для СИД и их использованию в устройствах красного свечения.

Изобретение относится к электронной технике и освещению и может быть использовано при изготовлении осветительных и информационных устройств. .

Изобретение относится к неорганическим люминесцирующим материалам, которые могут быть использованы в белых источниках света высокой мощности. .

Изобретение относится к люминесцентным составам красного цвета свечения, используемым для визуализации света ультрафиолетового диапазона, рентгеновского и электронного излучения.

Изобретение относится к области материалов для электронной техники и светотехники, конкретно к светотрансформирующим люминофорам, используемым в производстве различных видов светоизлучающих диодов.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к полимерным люминесцентным композициям, применяемым для изготовления устройств общего и местного освещения. Полимерная композиция, возбуждаемая синим светодиодом, содержит прозрачный поликарбонат с показателем текучести расплава 6-40 г/10 мин, фотолюминофор - иттрия-гадолиния алюмогаллиевый гранат, активированный церием, формулы (YGd)3(AlGa)5O12:Ce, воск полиэтиленовый в виде порошка с размером частиц 18-30 мкм, термостабилизатор - Ultranox 626 и Tinuvin 360.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в светодиодах белого свечения. Люминофор имеет общую стехиометрическую формулу ( Y 0,65 ± x   G d 0,30 ± x   L u 0,01   T b 0,01   C e 0,03 ) 3   ( A l 19   y B 0,1 ) 2   ( A l O 3,96 C l 0,02 P 0,02 ) 3 0.05 ≤ x ≤ 0.15,   0.02 ≤ y ≤ 0.04 с квантовым выходом Q>0,9, кубическую структуру граната с пространственной группой Ia3d со спектральными параметрами: λв = 460+_3 нм; λиз = 570+_3 нм, где λиз - длина волны возбуждения люминофора; λиз - длина волны излучения люминофора.

Изобретение может быть использовано для изготовления люминесцентных источников света, люминесцентных панелей, экранов и индикаторов, оптических квантовых генераторов.
Изобретение относится к материалам квантовой электроники и может быть использовано в качестве активных сред низкопороговых твердотельных лазеров инфракрасного диапазона с оптической накачкой, в устройствах для отображения знаковой, графической и телевизионной информации, а также в качестве сцинтилляторов.

Изобретения относятся к химической промышленности и светотехнике и могут быть использованы в светодиодах для эмиссии окрашенного или белого света. Люминесцентное вещество с силикатными люминофорами, легированными Eu2+, содержит твердые растворы смешанных фаз оксиортосиликатов щелочноземельных и редкоземельных металлов, представленными, например, формулой (1-х)MII 3SiO5·x SE2SiO5:Eu, где 0<х≤0,2; МII представляет собой ионы двухвалентного металла, содержащие по меньшей мере один ион, выбранный из группы, состоящей из стронция и бария, и SE - редкоземельные металлы из группы, включающей Y, La, Gd.
Изобретение относится к «светящимся» картону или бумаге и может быть использовано для декоративно-прикладных работ, в художественном и детском творчестве, в полиграфии и рекламе при изготовлении фотографий, рисунков, визиток.

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в синеизлучающих светодиодах твердотельных источников белого света. Люминесцирующий материал на основе алюмината иттрия, включающего оксид церия, соответствует общей формуле (Y1-xCex)3±αAl5O12+1,5α, где х - атомная доля церия, равная 0,01-0,20; 0<α≤0,5 или 0>α≥1,5.

Изобретение может быть использовано в дозиметрии слабого ионизирующего излучения, для контроля работы атомных энергетических установок, ускорителей заряженных частиц, рентгеновской аппаратуры.

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу локальной нанокристаллизации легированных стекол под действием лазерного излучения.
Наверх