Люминесцирующее германатное стекло

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева(72) Авторы Малашкевич Георгий ЕфимовичСигаев Владимир НиколаевичСаркисов Павел ДжибраеловичГолубев Никита ВладиславовичСавинков Виталий Иванович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский химикотехнологический университет имени Д.И.Менделеева(57) Люминесцирующее германатное стекло, содержащее 2, 23 и 23, отличающееся тем, что дополнительно содержит 23, 23 и 23 при следующем соотношении компонентов, мол.2 40-60 23 0,01-5,00 23 1-28 23 15-30 23 1-5 23 1-25. Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к -содержащему германатному стеклу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. В частности, для спектральной области при 1,55 мкм, широко используемой в волоконно-оптической связи и лазерной локации. Известно легированное эрбием теллуритное стекло следующего состава, мол.802-102-9-123 (., ., .., . . . . (2002), . 85, . 6, . 1391-1395). Основными недостатками известного стекла являются недостаточно высокое значение эффективной полуширины полосы люминесценции (эф 62-75 нм) в переходе 413/2415/2(1,55 мкм) ионов 3, определяемое как отношение интегральной интенсивности лю 12472 1 2009.10.30 минесценции к пиковой, низкая концентрация этих ионов и неудовлетворительные физико-химические свойства, обусловленные рыхлым структурным каркасом из-за слабой силы химических связей - и высокой концентрации щелочного металла. Это ограничивает возможности применения известного стекла в широкополосных линиях волоконнооптической связи и делает невозможным его использование в качестве рабочей среды микрочип лазеров. Известно легированное эрбием, алюминием и германием силикатное стекло, включающее (2900-5600 ) , (2,6-5,2 молл. ) 23, (16,1-17,9 молл. ) 2, остальное 2 (А.В. Холодков, К.М. Голант. Особенности фотолюминесценции ионов 3 в силикатных стеклах, полученных плазмохимическим осаждением в СВЧ-разряде при пониженном давлении. ЖТФ (2005), том 75, вып. 6, с. 46-53). Недостатком известного стекла является невысокое значение (47 нм) полуширины полосы люминесценции в переходе 4 13/2415/2 ионов 3, что ограничивает возможности его использования в качестве активной среды широкополосных лазеров и усилителей. Известно легированное тулием германатное стекло следующего состава, мол.по меньшей мере 20 2, (0,001-2,0) 23, (2-40) 23, может включать 0 и 40 щелочноземельных соединений, выбранных из , , , , 2. 2, 2, 2,2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2 и их комбинации, а также может включать 0 и 20 щелочных соединений, выбранных из 2, 2, 2, 2, 2,22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, 22, и их комбинации(патент США 6589895 от 2003.07.08, МПК 03 13/0003 3/25303 4/1203 13/0403 4/0003 3/1201 3/1701 3/1603 004/1203 003/2303 003/25303 013/04). Недостатком известного стекла является отсутствие люминесценции в спектральной области 1,55-1,65 мкм, что не позволяет получать в этой области усиление либо генерацию. Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является стекло для лазеров и волоконных усилителей системы 49-(3)2- следующего состава, молл.(10-70) (2, 2, 2, 3, 2), (7,31-58,48) 2, (4,81-38,50) 25,(7,86-62,94) , где легирующие соединения взяты выше 100 в весс.(0,5-15) 23(3), (0,2-10) 23 (3), (0,1-10) 23 (3), (0,5-20)(2) (Стекло для лазеров и волоконных усилителей и метод его производства. Патент США 6495481 от 17 декабря 2002, МПК 03 3/247,03 3/253,03 3/16,03 3/23,03 3/32). Основными недостатками прототипа являются невысокое значение полуширины полосы люминесценции ионов 3 в переходе 413/2415/2 (1,55 мкм) -150 см-1(36 нм) и невысокая концентрация ионов 3. Указанные недостатки не позволяют использовать это стекло в широкополосных усилителях, обеспечивающих большое число информационных каналов в спектральной области при 1,55 мкм, и ограничивают возможности снижения толщины микрочип лазеров. Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла с высоким значением эффективной полуширины полосы люминесценции в переходе 413/2415/2 ионов 3(1,55 мкм) и высокой концентрацией ионов 3. Использование такого стекла в качестве активного элемента лазеров (усилителей) позволит увеличить ширину полосы генерации (усиления) и уменьшить размеры микрочипа из-за поглощения сенсибилизатором люминесценции излучения накачки в тонком слое. Для решения поставленной задачи люминесцирующее германатное стекло, содержащее 2, 23 и 23, дополнительно содержит 23, 23 и 23 при следующем соотношении компонентов, мол.(40-60) 2, (0,01-5) 23, (1-28) 23, (15-30) В 2 О 3, (1-5) 23, (1-25) 23. 2 12472 1 2009.10.30 Стекло получали плавлением шихты в платиновом тигле при температуре 1450 С. После отливки стекло охлаждали между двумя стальными листами. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за трудности реализации превышения коэффициента усиления над коэффициентом потерь увеличение концентрации 23 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения интенсивности люминесценции, обусловленного ростом потерь на -конверсию. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения эффективности миграционной контролируемой сенсибилизации люминесценции ионов 3 увеличение концентрации 23 выше заявляемой нецелесообразно из-за появления кристаллизации стекла. Введение В 2 О 3 используется для повышения растворимости редкоземельных оксидов и ускорения перехода 411/2413/2 ионов 3, который является узким горлом в канале сенсибилизированной люминесценции. Введение А 23 используется для снижения кристаллизационной способности стекол. Составы заявляемого стекла и значения эффективной полуширины (эф) и интегральной относительной интенсивности полосы люминесценции 413/2415/2 ионов 3(люм) сведены в таблицу. Возбуждение люминесценции осуществлялось при длине волны в 974 нм значение люм определялось для пластинки толщиной 1 мм, обеспечивающей практически полное поглощение возбуждающего излучения при концентрации 23 более 5 мол. . При предельной концентрации этого оксида возбуждающее излучение полностью поглощается в слое толщиной 0,3 мм, что примерно вдвое превосходит этот показатель для прототипа с максимальной концентрацией 23.образца 1 2 3 4 5 На фигуре изображены квантовые спектры люминесценции образца 3 в переходе 13/2415/2 ионов 3 при в 974 нм (кривая 1) и 380 нм (кривая 2). Как видно из таблицы, при увеличении концентрации 23 с 1 до 2 и 5 мол.и близкой к предельной концентрации 23 значение люм увеличивается с 0,9 до 1 и уменьшается до 0,5 относительных единиц (ср. образцы 3, 4 и 1 в таблице). Это свидетельствует о слабом -конверсионном тушении люминесценции 3 из состояний 411/2 и 413/2 и позволяет использовать заявляемые стекла в качестве активной среды микрочип лазеров. Незначительное изменение контура полосы люминесценции 413/2415/2 ионов 3 (ср. кривые 1 и 2 на фигуре) при переходе от непосредственного возбуждения этих ионов(в 380 им) к возбуждению через ионы 3 (в 974 нм) свидетельствует о высокой однородности оптических центров 3, а большое значение эф позволяет расширить число информационных каналов волоконных усилителей и элементов интегральной оптики. Таким образом, заявляемое люминесцирующее германатное стекло значительно(в 2,4 раза) превосходит прототип по ширине полосы люминесценции и может обеспечивать примерно вдвое превышающую величину поглощения возбуждающего излучения сенсибилизатором люминесценции при невысокой эффективности -конверсионного тушения люминесценции. Эти характеристики обеспечивают заявляемому стеклу существенные преимущества при использовании его в качестве активных элементов лазеров и усилителей с широкополосным рабочим диапазоном вблизи 1,55 мкм (в том числе в виде микрочипа и волокна). 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4