CZ23569U1 - Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku - Google Patents
Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku Download PDFInfo
- Publication number
- CZ23569U1 CZ23569U1 CZ201225552U CZ201225552U CZ23569U1 CZ 23569 U1 CZ23569 U1 CZ 23569U1 CZ 201225552 U CZ201225552 U CZ 201225552U CZ 201225552 U CZ201225552 U CZ 201225552U CZ 23569 U1 CZ23569 U1 CZ 23569U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- glass
- mol
- optical
- soda
- ions
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims description 135
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 52
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims description 14
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 title 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 title 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims description 7
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 32
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 17
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 10
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006121 base glass Substances 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 4
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000000087 laser glass Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N lead oxide Chemical compound [O-2].[Pb+2] HTUMBQDCCIXGCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 238000005816 glass manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- -1 sulfur ion Chemical class 0.000 description 1
- 238000000904 thermoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
Optické luminiscenční sodnohlinitokřemiČité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku
Oblast techniky
Technické řešení se týká optického luminiscenčního sodnohlinitokřemičitého skla, které je dopo5 váné ionty Cu a Cu2‘. Sklo je určeno pro fotoniku.
Dosavadní stav techniky
Pokrok v optice byl vždy umožněn vývojem nových materiálů potřebných ke konstrukci dokonalejších zařízení na zpracování optického signálu. Mezi ně patří například pasivní rozbočnice a slučovače, nebo aktivní zesilovače a lasery nacházející široké uplatnění v řadě oblastí, mezí něž io patří telekomunikace, počítače, medicína a řada vědeckých oborů.
Optické sklo představovalo vždy jeden z nej dokonalejších optických materiálů. Mezi optická skla patří i laserová skla s luminiscenčními vlastnostmi, jejichž vhodně vytvořená skelná matrice je optimalizována pro laserově aktivní ionty a jejich koaktivátory (senzitizéry).
Luminiscenci skel a laserová skla popisuje např. Ivan Fanderlik (Barvení skla, Střední umělecko(5 průmyslová škola sklářská, Valašské Meziříčí, 1999, str. 445 až 452).
Absorpce a následná luminiscence jsou uskutečněny různými dopanty, které pracují jako diskrétní luminiscenční centra absorbující budící (čerpací) světelnou energii, jíž následně emitují.
Luminiscenční pochody můžeme podle způsobů buzení a podle trvání luminiscence po ukončení buzení dělit do několika skupin. Z hlediska způsobů buzení lze luminiscenční skla dělit na foto20 luminiscenční a termoluminiscenČní. Z hlediska doby trvání luminiscence se skla dělí na materiály s fluorescencí, která po ukončení buzení velmi rychle mizí, a na fosforescenční skla, jejichž luminiscence trvá určitý čas i po ukončení buzení.
Má-li dojít k fluorescenci, je třeba, aby se ve skle pohltilo určité množství energie. Mezi excitačním pochodem, tj. absorpcí záření, a emisí pohlcené energie, je krátký časový interval, řádově
10'7 až 10'9 sekund. V případě fluorescence oba děje probíhají prakticky současně. Vyšší koncentrace dopantů a jejich vzájemná interakce způsobuje, tzv. koncentrační zhášení vedoucí k poklesu luminiscence.
Jestliže se však pri excitaci dostane elektron do orbitalu, z něhož je přechod do základního stavu zakázán, nastane stav, jehož trvání je ovlivněno srážkami s jinými atomy. Po ukončení buzení pak nastává vyzařování - luminiscence po delší časový úsek, a tento děj se nazývá fosforescencí. Optickými luminiscenčními skly se zabývá řada patentů.
Jsou známa např. dopovaná fosforečná skla vhodná pro optická skla.
GB 121 83 02 A, s prioritou 13. 3. 1968, přihlašovatele American Optical Corp. US, o názvu „Laserové sklo“. Vynález se týká skla na bázi P?O5, jakožto laserově aktivní složka působí Er2O3 v množství 0,01 až 30 % hmotn. a Yb2O3 v množství 0,01 až 55 % hmotn., přičemž suma těchto oxidů Er2O3 + Yb?O3 není vyšší než 70 % hmotn. ve skle. Obsah P2O5 podle technického řešení je 30 až 90 % hmotn., a dále je v množství 52 % hmotn. a 61,3 % hmotn. P2O5.
Tento opticky aktivní materiál skla může být užit jakožto opticky čerpaný Q-spínaný laser, nastavitelný na vlnovou délku 1536 nm.
Nevýhodou je vysoký obsah P2Os, který může způsobit horší chemickou odolnost a sklo je pak nevhodné pro optickou technologii iontové výměny v prostředí tavenin dusičnanů za teplot nad 270 °C. Je známo, že složky fosforečných skel pri tavení velmi snadno těkají, což může vést k významným změnám složení během tavby. Omezení tohoto jevu je vždy technologicky poměrně náročné a může být i nákladné.
- 1 CZ 23569 Ul
Teluričitý typ skla popisuje GB 121 65 14 A (US 3 423 326 A), s prioritou 20. 2. 1967 US, majitele Kennecott Copper Corp., US o názvu „Zlepšení týkající se složení skla“. Sklo obsahuje jako hlavní složky TeO2, podle příkladů provedení 65 až 75 % mol. TeO2 a dále 20 až 40 % mol. ZnO. Když je toto základní sklo dopováno oxidy vzácných zemin, např. do 10 % hmotn. Nd2O3, nebo oxidy přechodových prvků, jako je např. CuO, vykazuje fluorescenční aktivitu.
Tato skla jsou vhodná jako laserová skla.
Teluričitá skla mají výrazně nižší chemickou odolnost a teplotní stabilitu ve srovnání, např. s běžnými hlinitokřemičitými skly, což znemožňuje přípravu optických vlnovodných struktur technologii iontové výměny v taveninách dusičnanů. Sklo není běžné a svým složením je ekonomicin ky dost nákladné. Provádění tavení probíhá nestandardně. Ve spise je uvedeno, že tavení se provádí v Pt kelímcích. Je doporučeno tavit v ochranné atmosféře, což lze předpokládat vzhledem ke korozivním vlastnostem taveniny tohoto typu skla. Dále lze předpokládat, že se taví spíše sklovina v menším množství a neprovádí se průmyslové tavby.
Lathanoidy dopované alkalickoboritokřemičité sklo uvádí US 5 039 631 A, s prioritou 11. 1.
1990 US, majitele Schott Glass Tech lne., US, o názvu ,/pevnitelné sklo bez Nd2O3 a s vysokým obsahem lanthanoidů“, je dopované mimo jiné CuO.
Sklo obsahuje v % mol.:
až 75 SiO2 5 až 17 B2O3 :o 0 až 4 Li2O 3 až 18 Na2O 0 až 4 K2O 0 až 7 A12O3 0 až 4 PbO
0 až 3 MgO až 3 CaO 0 až 3 SrO 0 až 3 BaO 0,1 až 10 ZnO
0 až 5 TiO2 až 7 Ln2O3 až 5 V2O5 + Cr2O3 + Mn2O3 až 0,04 Fe2O3 + CoO + NiO + CuO +As2O3/Sb2O3, kde Ln je La, Ce, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm a/nebo Yb.
Je nárokována možnost zvýšení chemické pevnosti povrchové vrstvy iontovou výměnou. Též je nárokováno chemické zpevnění povrchu křemičitého skla obsahujícího 3 až 7 % mol. lanthanoidů jiných než Nd2O3 nebo jejich směs bez Nd2O3 nebo s Nd2O3, ve skle obsahujícího 3 až 18 % mol. Na2O, 0,1 až 10 % mol. ZnO, a méně než 3 % mol. každého z oxidů K2O, PbO, CaO, BaO a SrO.
Sklo podle vynálezu nachází uplatnění všude tam, kde je nutná vysoká koncentrace lathanoidů. Skla jsou vhodná jako filtrová skla, např. pro laserovou optiku, ke zvýšení kontrastu, pro oční čočky, filtry pro laserové dutiny apod.
V případě obsahu B2O3 nad 10 % mol. a za přítomnosti nárokovaných vysokých koncentrací lanthanoidů nad 3 % mol., lze očekávat odmísení vysoceborité fáze během tavení skloviny, a tím výrazně nehomogenní rozložení koncentrace lanthanoidů ve skle, což může mít za následek obtíže pri reprodukovatelné výrobě skla požadovaných optických vlastností. Sklo má speciální užití s požadavky na zvýšenou pevnost povrchové vrstvy skla, a proto má i poměrně vysoký obsah lanthanoidů ve skle, které se tak stává poměrně nákladným materiálem vhodným jen pro velmi specifické účely.
-2CZ 23569 Ul
US 7 515 332 B2, s prioritou 18. 4. 2004 US, majitele Nippon Sheet Glass Company, JP o názvu „Složení skla, které emituje fluorescenci v infračervené oblasti a způsob jeho využití pro zesílení světelného signálu“. Běžné složení skla, obsahující Bi jako fluoreskující prvek, má Širokou zesilovací spektrální oblast, ale nedovoluje, aby intenzita emise v oblasti 1,3 μπι byla dost silná pri excitaci světlem v oblasti 0,8 až 0,98 pm. Předložený vynález poskytuje složení skla zahrnující: Bi jako sklotvomý prvek mřížky; a alespoň jeden prvek ze skupiny: Dy, Er, Yb, Nd, Tm, Ho, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu a Mo (s výjimkou TiIV+ a Fe111), kde sklo fluoreskuje v IČ oblasti, s Bi jako zdrojem fluorescence pri ozáření excitačním světlem. Intensita emise se zvyšuje zcitlivěním alespoň jedním prvkem. Sklo obsahuje jakožto obligatomí složky v % mol.:
io 30až80SiO2 0,01 až2Bi2O3
0,01 až 12 nejméně jednoho kationtu, vybraného ze skupiny Dy3; Er \ Yb3+, Nd3+, Tm3+, Ho3; Ti3; V3+, V4+, V5+, Cr3*, Cr6+, Mn2\ Mn3+, Fe2+, Co2; Ni, Cu+, Cu2+, Mo3; Mo4+, ve formě oxidu nejméně jednoho kationtu, kde celkové množství LiO2 + Na2O + K?O + CaO + SrO + BaO + ZnO + B2O3 je v rozmezí 0,1 až 60 % mol., a kde složení skla emituje fluorescenci v infračervené oblasti vlnových délek, s Bi jako zdrojem fluorescence po ozáření excitačním světlem, a kde nečistoty jsou nižší než 1 % mol.
2o V příkladech provedení je vždy jakožto alkalický kov využit pouze Li2O, a v žádném příkladném použití není přítomen Na2O či K2O. Koncentrace Li2O ve skle je poměrně vysoká. Sklo obsahuje:
v tabulce 1 pro tri vzorky 30 % mol. Li2O, v tabulce 2 pro sedm vzorků 15,69 % mol. Li2O, a v tabulce 3 pro 7 vzorků 9,78 až 9,95 % mol. Li2O.
Ve všech příkladných provedeních skla je využit jako dopant Bi2O3 o obsahu v rozmezí 0,20 až 1,96 % mol., a to bud1 samotný, a pokud v kombinaci, vždy pouze jen s Yt^Ch o obsahu v rozmezí 0,1 až 6,0 % mol.
Podle příkladů se sklo využívá na výrobu optických vláken pro světelné zesilovače specifických vlastností. Je zřejmé, že sklo bylo vyvinuto pro toto uvedené speciální využití.
Sklo tohoto typu není vhodné pro běžnou průmyslovou výrobu planámích Ag+ kanálkových vlnovodů iontovou výměnou, protože Li ion má tak malý poloměr, že by iontová výměna probíhala velmi obtížně. Navíc hrozí riziko vzniku trvalého mechanického napětí ve struktuře skla a vytvoření dvojlomu, který znehodnotí optické vlastnosti skla. Vysoký obsah Li2O v tomto skle může způsobovat pokles viskozity taveniny a zvýšený sklon ke krystalizaci, což může vést k obtížím pri výrobě objemových vzorků skla pro substráty planámích optických vlnovodů.
Řešení podle JP 10 236 843 A, s prioritou 26. 2. 1997 JP, přihlašovatele Kirin Brewery, o názvu „Sklo obsahující ion mědi“, má za cíl získat sklo s iontem mědi, který může být buzen s vysokou kvantovou účinností a emituje modré fluorescenční světlo s vysokou intenzitou, v závislosti na oxidačním stavu iontu mědi ve skle. Sklo obsahuje R'2O - B2O3 - SiO2 - A12O3, kde R' jsou alka40 lické kovy, nebo R2O - B2O3 - SiO2 - A12O3, kde R jsou kovy alkalických zemin a dále obsahuje jednomocný ion mědi. Sklo se získá smísením:
až 65 % mol. SiO2, až 70 % mol. B2O3, až 20 % mol. A12O3,
4 až 22 % mol. Na2O, až 16 % mol. Ti2O a K2O, až 5 % mol. MgO+CaO+SrO+BaO, až 5 % mol. ZrO2+La2O3+Ta2Os a oxid mědi Cu2O v množství, aby vytvořil 0,006 až 1 % mol. jednomocného měďného iontu.
-3CT, 23569 Ul
Pak se směs taví. Získané sklo emituje modré fluorescenční světlo v Širokém spektrálním rozmezí 390 až 490 nm s vysokou intensitou. Protože oxid olovnatý není přítomen, zkrystalizované sklo není nebezpečné lidskému tělu nebo životnímu prostředí.
Jedná se o sklo s velmi vysokým obsahem B2O3 v množství alespoň 30 % mol., takže lze předpo5 kládat obtíže pri tavení, jež mohou vést k těkání tohoto oxidu a k nekontrolovatelné změně jeho obsahu ve skle. Případně může docházet k fázové separaci. Tím se mohou měnit i požadované výsledné vlastnosti skla. Lze očekávat též problémy s Optickou homogenitou skla, požadovanou pro výrobu optických komponent s velmi nízkým optickým útlumem.
JP 2005 187 262 A, s prioritou 25. 2. 2003 JP, přihlašovatele Shinetsu Quartz Prod., JP o názvu io „Fluorescenční křemenné sklo“ si klade za cíl získat fluoreskující křemenné sklo, které se snadno vyrobí a po absorpci UV záření fluoreskuje ve viditelné oblasti. Řešením je fluoreskující křemenné sklo, které emituje záření s maximem 500 až 570 nm, je-li ozářeno UV zářením o vlnové délce v rozpětí 150 až 300 nm. Ve skle je koncentrace mědi nastavena hodnotu 1 až 400 ppm.
Nevýhodou je obtížná výroba křemenného skla v optické kvalitě, vzhledem k vysoké vískozitě a vysokým tavícím teplotám taveniny.
JP 2005 255 498 A, s prioritou 15. 3. 2004 JP, přihlašovatele Nat Inst of Adv Ind & Technol, JP, o názvu „Fluorescenční sklo a metoda jeho získání“, má za cíl vyvinout technologii, umožňující získat sklo, které fluoreskuje na kratší vlnové délce bez snížení jeho chemické odolnosti. To se provádí zavedením iontu mědi a iontu síry do základního skla, obsahujícího > 70 % mol. SiO2, metodou implantace iontu, a poté zahřátím substrátu.
Technologie iontové implantace se provádí ve speciálním zařízení, jehož pořizovací cena je velmi vysoká, což je obtížné pro běžnou průmyslovou výrobu. Pri implantaci může docházet k výraznému narušení struktury skelné sítě, což má za následek vznik nehomogenních oblastí a následný zvýšený optický útlum, způsobený rozptylem v těchto nehomogenních oblastech.
EP 2 145 863 Al, s prioritou 28. 4. 2008 JP, spoluprihlašovatelů Shin-Etsu Quartz Products Co. Ltd, JP a Opto-Electronics Laboratory lne, JP, o názvu ,„\lěď obsahující křemenné sklo, způsob výroby, a xenonová výbojka využívající měď obsahující sklo“. Sklo s obsahem mědi od 5 ppm do 200 ppm (hmotn.) fluoreskující s maximem v rozpětí 520 až 580 nm pri ozáření UV světlem v intervalu 160 až 400 nm. Vnitřní prostup vzorku skla, tloušťky 2,5 mm, při vlnové délce světla
5 30 nm je 95 % nebo vyšší.
Nárokovaný způsob výroby je založený na rozkladu chloridu křemičitého v kyslíko-vodíkovém plameni, a namáčení vzniklého pórovitého křemenného skla do roztoku iontů mědi, následné sušení a poté tavení ve slabě redukční atmosféře pri 1350 až 1600 °C. Slabě redukční atmosféra se docílí ve vakuové grafitové peci nebo směsí vodíku s inertním plynem (max, 5% H2). Tento komplikovaný způsob výroby svědčí o obtížích pri dopování křemenného skla ionty mědi potřebné účinné koncentrace.
Podstata technického řešení
Uvedené nevýhody se odstraní nebo omezí u optického luminiscenčního sodnohlínitokřemičitého skla, dopované ionty Cu' a Cu2+, určené pro fotoniku, podle tohoto technického řešení. Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že toto sklo obsahuje v % mol.:
až 80 SiO2;
10až20Na20;
0,5 až 10 A12O3;
až 20 MO, kde MO představuje alespoň jeden z dvojmocných oxidů, vybraných ze skupiny
MgO, CaO, ZnO;
a0ažl0B2O3.
Suma oxidů SiO2 + Na2O + A12O3 je v rozmezí 70,5 až 95 % mol.
Suma oxidů A12O3 a/nebo B2O3 je v rozmezí 0,5 až 20 % mol.
-4CZ 23569 Ul
Sklo obsahuje Cu2O a/nebo CuO v optimálním množství 0,001 až 5,0 % mol.
Toto sklo vykazuje:
absorpcí v UV a/nebo ve VIS a/nebo v IČ oblastech vlnových délek a současně fotoluminiscenci ve VIS a/nebo 1Č oblastech vlnových délek;
index lomu 1,49 až 1,56; a střední optickou bazicitu v intervalu 0,40 až 0,65.
Je výhodné, když optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo obsahuje Cu2O a/nebo CuO v rozmezí 0,01 až 2,0 % mol.
Pro dosažení optimálních vlastností skla podle tohoto technického řešení a jeho modifikací může io sklo obsahovat 0,1 až 15 % mol. ZnO; 0,1 až 12 % mol. MgO; 0,1 až 12 % mol. CaO; 0,1 až % mol. Al2O3 a 0,1 až 10 % mol. B2O3.
Hlavní výhodou skla podle tohoto technického řešení je dosahování vysoké intenzity luminiscence, respektive fotoluminiscence, jak ve velmi žádané VIS (viditelné) oblasti spektra 400 až 700 nm s maximem okolo 500 nm, tak v blízké IČ oblasti spektra 900 až 1200 nm. Oxidy Cu2O a
CuO v optimálním nárokovaném rozmezí vyvolávají fotoluminiscenci skla ve viditelné oblasti a infračervené oblasti, např. od vlnových délek 400 nm do 700 nm a od 900 do 1200 nm. Luminiscence ve VIS je vyvolána účinkem iontů Cu+ a v blízké IČ oblasti účinkem iontů Cu2*, přitom oba tyto ionty CuT a Cu2+ působí jako dopanty ve skle podle tohoto technického řešení. Přitom poměr koncentrací obou typů iontů mědi závisí na chemickém složení základního skla a na jeho
2o střední optické bazicitě. To umožňuje velmi přesné vzájemné nastavení intenzit emisí v obou uvedených pásmech vlnových délek spektra. To je příznivé pro vývoj kombinovaných zdrojů záření prvků integrované optiky přesně podle požadavků na spektrální složení emitujícího zdroje.
Vzhledem k příznivě vytvořeným absorpčním pásům v LTV a/nebo ve VIS a/nebo v IČ oblastech vlnových délek u dopovaných nebo kodopováných skel podle tohoto technického řešení je možné tuto intenzivní luminiscenci vybudit pomocí řady laserových zdrojů. Nárokované rozpětí indexu lomu u skel zaručí bezproblémové napojení kanálkové struktury na optická vlákna s velmi nízkými optickými ztrátami, což je velká výhoda křemičitých skel. Nárokovaná optická bazicita zajistí vytvoření optimálního chemického okolí iontů kovů dopovaných oxidů za účelem dosažení maximální intenzity luminiscence vhodné šířky emisního pásu a dostatečně dlouhé doby do30 svitu. Předložené sklo je určeno především pro výrobu aktivních fotonických prvků, jako jsou vlnovodné kanálkové zesilovače optického signálu, nebo laserové zdroje s aplikací, v poslední době velmi žádané, integrované optice.
Sklo podle tohoto technického řešení lze také využít pro výrobu optických struktur s gradientním indexem lomu technologií iontové výměny Ag* případně K* za Na* v tomto skle. Tato iontová výměna se provádí známým a běžným způsobem v taveninách dusičnanů příslušných kationtů kovů.
Předložené sklo lze využít pro výrobu pasivních optických prvků s gradientním indexem lomu technologií iontové výměny Ag' nebo K za Na* v tomto skle. Tato iontová výměna se provádí známým a běžným způsobem v taveninách dusičnanů příslušných kationtů kovů. Přítomnost Na+ ve skle podle tohoto technického řešení je tedy nezbytná. Za zmínku stojí, že sklo podle tohoto technického řešení neobsahuje ionty K+, které by v kombinaci s Na+ zpomalovaly proces iontové výměny a mohly by vyvolat vznik trvalého mechanického napětí. Sklo podle tohoto technického řešení slouží jako substrát pro vytváření planámích optických kanálkových struktur. Sklo podle toho technického řešení umožňuje vytvořit optické struktury s vysokou změnou indexu lomu, a to až o And = 0,12. Optické sodnohlinitokřemičité sklo podle tohoto technického řešení je velmi vhodné jakožto matrice pro dopování laserově aktivními prvky. Přitom tato iontová výměna je ekonomicky nenáročná a lze ji dobře na tomto typu skla optimalizovat.
Základní nárokované složení skla, zahrnujícího SiO2, Na2O, AI2O3, případně oxidy dvoj mocných kovů jako je MgO, CaO, ZnO a dále B2O3 umožňuje široké rozpětí nastaveni optické bazicity skla podle potřeb dopantů k dosažení optických vlastností luminiscenčního skla vzhledem k po-5CZ 23569 Ul žadavkům aplikace skla. Tento typ skla se připravuje z běžně dostupných sklářských surovin obvyklým technologickým postupem tavení skla.
Oxid SiO2, jakožto základní složka skla, vytváří strukturní síť skla s dostatečnou mechanickou pevností a s chemickou odolností. Tato složka zajišťuje dostatečnou viskozitu sklotvomé taveni5 ny a výrazně potlačuje krystalizaci při ochlazování taveniny, a tak umožňuje vysokou rozpustnost dopantů, a tím potlačení koncentračního zhášení luminiscence skla.
Přítomnost Na2O umožňuje přípravu skla tavením za běžných tavících teplot v rozmezí 1380 až 1580 °C. lonty Na' umožňují následnou efektivní iontovou výměnu zejména za Ag+ případně K+.
Přítomnost oxidů alkalických zemin CaO a MgO, a rovněž i přítomnost ZnO, v celkovém množit) ství 0 až 20 % mol., umožňuje nastavit požadovanou optickou bazicitu, která je přímo úměrná parciálnímu zápornému náboji na kyslíkových atomech skelné sítě.
Obsah oxidů A12O3 a/nebo B2O3 v množství 0,5 až 20 % mol. výrazně zvyšuje chemickou odolnost a umožní následnou efektivní iontovou výměnu. Tyto oxidy zvyšují rozpustnost trojmocných oxidů dopantů.
Velkou předností tohoto technického řešení je, že sklo má při teplotě 280 °C interdifuzní koeficient iontové výměny Ag za Na+ v rozmezí 1 . 10“16 až 1 , 1015 m2.s pro zajištění dostatečně vysoké rychlosti následné iontové výměny.
Střední optická bazicita skla podle tohoto technického řešení v intervalu 0,40 až 0,65 vytváří vhodné prostředí pro laserově aktivní dopanty, které pak dosahují vysoké intenzity luminiscence a nízké optické ztráty ve vytvořených kanálkových vlnovodech.
Další předností skla podle tohoto technického řešení je velmi dobrá hydrolytická odolnost pod 0,3 ml.g'’ [ml HCl (C = 0,01 mol.l’’)]. Sklo spadá do hydrolytické třídy III. až II. Sklo podle tohoto technického řešení je proto dobře odolné proti vzdušné vlhkosti.
Optické sklo podle tohoto technického řešení splňuje náročné podmínky pro dosažení vysoké optické homogenity potřebné pro zajištění nízké optické ztráty ve vytvořených strukturách.
Optická homogenita vyjadřuje směrodatnou odchylku indexu lomu naměřeného alespoň v 10 různých místech vzorku skla, a u těchto skel se pohybuje pod 2 . 104.
Nízké optické ztráty představují útlum optického signálu pod hodnotou 0,5 dB.cm'1 v přímém jednovidovém optickém vlnovodném kanálku, vytvořeného ve skle iontovou výměnou Ag+ za
Nar.
Nečistoty, zejména oxidy Fe, může sklo obsahovat v koncentraci do 0,01 % mol., s výhodou do
0,001 %mol.
Vsázka pro optické sklo podle tohoto technického řešení vzhledem k jeho složkám, se čeří za přítomnosti SO4 2, např. Na2SO4, pro optimální vyčeření skloviny a dosažení příznivé oxídačně35 redukční rovnováhy.
Pro dosažení optimálních vlastností skla podle tohoto technického řešení lze jeho složení modifikovat v uvedených rozpětích koncentrací. Sklo tedy může obsahovat 0,1 až 15 % mol. ZnO; 0,1 až 15 % mol. MgO; 0,1 až 15 % mol. CaO; a 0,1 až 10 % mol. B2O3.
Vsázka pro optické sklo podle tohoto technického řešení musí splňovat podmínky pro dosažení vysoké optické čistoty skla a požadované světelné propustnosti skla. Takže nečistoty, a zejména oxidy polyvalentních prvků, jako je Fe, Sb, As, může obsahovat nad 100 % mol. složek skla, v množství do 0,01 % mol.
-6CZ 23569 Ul
Příklady provedení technického řešení
Tabulka I
Příklady provedení 1 až 3:
| Složky skla [% mol.] | 1 | 2 | 3 |
| Na2O | 13,59 | 12,99 | 9,99 |
| ZnO | 0,30 | 8,99 | 14,98 |
| MgO | 0,10 | 0,00 | 2,50 |
| CaO | 12,99 | 0,00 | 0,00 |
| B2O3 | 0,00 | 4,90 | 4,89 |
| ai2o3 | 1,00 | 9,99 | 7,09 |
| SiO2 | 71,95 | 63,03 | 60,44 |
| Cu2O | 0,07 | 0,03 | 0,00 |
| CuO | 0,00 | 0,07 | 0,11 |
| Suma | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
| Absorpční pásy [nm] | 260 | 260 550 až 1100 | 550 až 1100 |
| VIS emisní pásy [nm] | 400 až 700 | 400 až 700 | - |
| IČ emisní pásy [nm] | - | 900 až 1200 | 900 až 1200 |
| Index lomu nd | 1,5240 | 1,5236 | 1,5362 |
| Střední optická basicita | 0,574 | 0,543 | 0,535 |
| Da„./h« .10,s [m2.s-1J | 0,5 | 4,5 | 9,0 |
V příkladných provedeních 1 až 3 je voleno složení základního skla tak, aby střední optická basicita v příkladu skla 1 byla nejvyšší a nejnižší v příkladu skla 3. Za tímto účelem obsahuje základní sklo 1 vysoký obsah CaO a nízký obsah ZnO. Oproti tomu sklo 3 neobsahuje CaO, má vysoký obsah ZnO a navíc obsahuje vyšší obsah B2O3 a A12O3.
Tato rozdílná basicita skelné matrice vytváří oxidačně-redukční prostředí pro ionty Cur a Cu2' s tím, že ionty Cu+ preferují prostředí s vysokou bažící tou a ionty Cu2’ naopak prostředí s nízkou bazicitou. Přítomnost iontů Cu a Cu2+ v různých oxidačních stavech pak určuje absorpční a emisní pásy těchto skel.
Sklo podle příkladu 1, obsahující ionty Cu+, vykazuje intenzivní emisní pás ve viditelné oblasti
400 až 700 nm, pri čerpání na vlnové délce 260 nm. Sklo podle příkladu 3, obsahující ionty Cu2+, má široký emisní pás v blízké IČ oblasti 900 až 1200 nm, pri čerpání na vlnové délce v rozpětí 550 až 1100 nm. Sklo podle příkladu 2 obsahuje oba dva ionty Cu' a Cu2+, což se projevuje přítomností emisních pásů ve viditelné oblasti 400 až 700 nm spektra a v IČ oblasti 900 až 1200 nm, v závislosti na buzení bud’ pri 260 nm nebo v rozpětí 550 až 1100 nm.
Index lomu je nejnižší pro sklo 1 a nejvyšší pro sklo 3, což je výrazně ovlivněno především koncentrací ZnO.
Interdifuzní koeficient DAg+/Na+ pro teplotu 280 °C je nejnižší u skla 1 a nejvyšší u skla 3. Tento trend je též ovlivněn přítomností ZnO v základní matrici skla. Nízký interdifuzní koeficient je výhodný pro vytváření plenárních optických struktur technologií iontové výměny s vysokou re50 produkovatelností. Vysoký interdifuzní koeficient je nezbytný pro tvorbu optických kanálkových
-7 CZ 23569 Ul struktur integrované optiky s vysokým stupněm miniaturizace, kde je nutnou podmínkou vysoký rozdíl indexu lomu mezi vlnovodem a substrátem.
Průmyslová využitelnost
Sklo je určeno pro optické aplikace všude tam, kde je vyžadována luminiscence, respektive fo5 toluminiscence, především pro fotoniku, laserovou optiku, optoelektroniku a integrovanou optiku.
Claims (6)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu\ určené pro fotoniku, vyznačující se tím, že obsahuje v % mol.io 60až80SiO2 10 až 20 Na2O 0,5 ažl0Al2O30 až 20 MO, kde MO představuje alespoň jeden z dvojmocných oxidů kovů, vybraných ze skupiny MgO, CaO, ZnO;15 0 až 10 B2O3, přičemž suma oxidů SiO2 + Na2O + A12O3 je v rozmezí 70,5 až 95 % mol. a suma oxidů A12O3 a/nebo B2O3 je v rozmezí 0,5 až 20 % mol.; dále sklo obsahuje Cu2O a/nebo CuO0,001 až 5,0 % mol.,20 přičemž toto sklo vykazuje:absorpci v UV a/nebo ve VIS a/nebo v IČ oblastech vlnových délek a současně fotoluminíscenci ve VIS a/nebo 1Č oblastech vlnových délek; index lomu 1,49 až 1,56; a střední optickou bazicitu v intervalu 0,40 až 0,65.
- 2. Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje Cu2O a/nebo CuO0,01 až 2,0 % mol.
- 3. Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje v % mol.0,1 až 15 ZnO.
- 4. Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje v % mol.0,1 až 15 MgO.
- 5. Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje v % mol.0,1 až 15 CaO.
- 6. Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje v % mol.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201225552U CZ23569U1 (cs) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201225552U CZ23569U1 (cs) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ23569U1 true CZ23569U1 (cs) | 2012-03-20 |
Family
ID=45869123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201225552U CZ23569U1 (cs) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ23569U1 (cs) |
-
2012
- 2012-01-30 CZ CZ201225552U patent/CZ23569U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6268303B1 (en) | Tantalum containing glasses and glass ceramics | |
| JP4240721B2 (ja) | 光増幅ガラスおよびその製造方法 | |
| US9593039B2 (en) | Nanostructured glasses and vitroceramics that are transparent in visible and infra-red ranges | |
| US6356699B1 (en) | Rare earth doped optical glasses | |
| WO1999051537A1 (en) | Antimony oxide glass with optical activity | |
| Machado et al. | Erbium 1.55 μm luminescence enhancement due to copper nanoparticles plasmonic activity in tellurite glasses | |
| Markiewicz et al. | Spectroscopic properties of the silicate-gallo-germanate glasses and glass-ceramic optical fiber co-doped with Ni2+/Er3+ | |
| JPS6117441A (ja) | ＺｎＯを含有するムライトガラスセラミツク | |
| KR20030030942A (ko) | 광증폭 글래스 및 광도파로 | |
| US20020041750A1 (en) | Rare earth element-doped, Bi-Sb-Al-Si glass and its use in optical amplifiers | |
| El-Maaref et al. | Structural, physical, and Judd-Ofelt analysis of germanium magnesium-telluroborate glass containing different amounts of Tm2O3 | |
| US6444599B1 (en) | Rare earth element-halide environments in oxyhalide glasses | |
| JP2004102210A (ja) | ガラス、光導波路製造方法および光導波路 | |
| CZ23569U1 (cs) | Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, určené pro fotoniku | |
| US20060083474A1 (en) | Potassium free zinc silicate glasses for ion-exchange processes | |
| CZ303764B6 (cs) | Optické luminiscencní sodnohlinitokremicité sklo, dopované ionty Cu+ a Cu2+, urcené pro fotoniku | |
| CZ303767B6 (cs) | Optické luminiscencní sodnohlinitokremicité sklo dopované oxidy kovu a urcené pro fotoniku | |
| JP4348987B2 (ja) | 光増幅ガラスおよび光導波路 | |
| JP4686844B2 (ja) | 光増幅ガラス | |
| CZ23567U1 (cs) | Optické luminiscenční sodnohlinitokřemičité sklo dopované oxidy kovů a určené pro fotoniku | |
| RU2824890C1 (ru) | Люминесцентное свинцовое оксифторидное стекло | |
| RO137514A2 (ro) | Sticle boro-silicatice dopate cu oxid de gadoliniu sau/şi oxid de disprosiu pentru ghiduri de neutroni şi procedeu de obţinere a acestora | |
| Pinckney et al. | Science and Technology Division | |
| WO2001060755A1 (fr) | Verre optique et fibre optique | |
| MXPA00009849A (en) | Antimony oxide glass with optical activity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20120320 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20160130 |