RU2311710C1 - Active material for liquid laser - Google Patents
Active material for liquid laserInfo
- Publication number
- RU2311710C1 RU2311710C1 RU2006117071/28A RU2006117071A RU2311710C1 RU 2311710 C1 RU2311710 C1 RU 2311710C1 RU 2006117071/28 A RU2006117071/28 A RU 2006117071/28A RU 2006117071 A RU2006117071 A RU 2006117071A RU 2311710 C1 RU2311710 C1 RU 2311710C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- neodymium
- active material
- triflate
- tin tetrachloride
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области создания жидкофазных активных материалов, пригодных для использования в оптических квантовых генераторах (ОКГ) и в оптических квантовых усилителях (ОКУ) с импульсной и непрерывной генерацией.The invention relates to the field of creating liquid-phase active materials suitable for use in optical quantum generators (OCG) and in optical quantum amplifiers (OCU) with pulsed and continuous generation.
В качестве жидкофазных активных материалов для ОКГ и ОКУ могут быть использованы органические красители и растворы хелатов редкоземельных элементов (РЗЭ). Однако эти материалы малоэффективны и имеют ограничения в связи с тем, что недостаточно устойчивы и не выдерживают больших мощностей энергии.Organic dyes and solutions of rare-earth element chelates (REE) can be used as liquid-phase active materials for JAG and GAC. However, these materials are ineffective and have limitations due to the fact that they are not stable enough and do not withstand large energy capacities.
Наиболее эффективными материалами являются растворы РЗЭ на основе смешанных апротонных неорганических растворителей. Субстанции, образованные такими матричными растворителями с введенными в них редкоземельными элементами, обладают высокими спектрально-люминесцентными и генерационными характеристиками и пригодны для использования их в качестве активных лазерных материалов, в том числе в жидкостных лазерах с большой мощностью излучения.The most effective materials are REE solutions based on mixed aprotic inorganic solvents. Substances formed by such matrix solvents with rare-earth elements introduced into them have high spectral-luminescent and lasing characteristics and are suitable for use as active laser materials, including in liquid lasers with high radiation power.
Известны активные материалы для лазеров с оптической [RU №1568847], а также с ядерной накачкой [RU №2075143; Дьяченко И.И. и др. Препринт №2193, ФЭИ - Обнинск, 1991], которые содержат молекулярные смеси оксихлорида фосфора и безводных хлоридов переходных металлов в качестве матричных растворителей.Active materials for lasers with optical [RU No. 1568847], as well as with nuclear pumping [RU No. 2075143; Dyachenko I.I. and others. Preprint No. 2193, IPPE - Obninsk, 1991], which contain molecular mixtures of phosphorus oxychloride and anhydrous transition metal chlorides as matrix solvents.
Количественный состав наиболее широко заявлен в активном материале, активированном редкоземельными элементами, для оптических квантовых генераторов и оптических квантовых усилителей [а.с. СССР №330505, Н01S 3/14, бюл. №8, 1972], содержащем, вес.%:The quantitative composition is most widely stated in the active material activated by rare-earth elements for optical quantum generators and optical quantum amplifiers [a.s. USSR No. 330505, Н01S 3/14, bull. No. 8, 1972], containing, wt.%:
Активные материалы вышеуказанных аналогов обладают высокими спектрально-люминесцентными характеристиками, однако общим их недостатком является то, что область жидкой фазы в них существует лишь при концентрации редкоземельного элемента в пределах 0,1-2,5 мас.%. При более высоких концентрациях система переходит в смолообразное, стеклообразное или кристаллическое состояние.The active materials of the above analogues have high spectral-luminescent characteristics, however, their common drawback is that the region of the liquid phase in them exists only when the concentration of the rare-earth element is in the range of 0.1-2.5 wt.%. At higher concentrations, the system goes into a resinous, glassy or crystalline state.
По требованиям технологичности оптимальной системой является смесь оксихлорида фосфора и тетрахлорида олова, активированная ионом неодима [Асланов Л.А., Гиляров О.Н., Куликовский Б.Н. и др. Ж. Коорд.химия, 1982, т.8, №6, с.723-736] (прототип). Выбор неодима в качестве люминесцирующего иона в системе Nd3+ - OPCI3 - SnCI4 обусловлен промышленной применимостью лазеров с генерацией на длине волны 1,06 Мк. Молекулярная смесь оксихлорида фосфора и тетрахлорида олова как матричный растворитель обеспечивает иону неодима оптимальные спектрально-люминесцентные свойства.According to the requirements of manufacturability, the optimal system is a mixture of phosphorus oxychloride and tin tetrachloride activated by a neodymium ion [Aslanov LA, Gilyarov ON, Kulikovsky BN and other J. Coord.chemistry, 1982, v. 8, No. 6, pp. 723-736] (prototype). The choice of neodymium as a luminescent ion in the Nd 3+ - OPCI 3 - SnCI 4 system is due to the industrial applicability of lasers with a generation at a wavelength of 1.06 Mk. The molecular mixture of phosphorus oxychloride and tin tetrachloride as a matrix solvent provides the neodymium ion with optimal spectral and luminescent properties.
Исследование материала по прототипу выявило следующие недостатки:The study of the material on the prototype revealed the following disadvantages:
- в растворах с концентрацией РЗЭ выше 1,5 мас.% наблюдается заметное увеличение вязкости вследствие начала процессов полимеризации образующихся соединений неодима;- in solutions with REE concentration above 1.5 wt.%, a noticeable increase in viscosity is observed due to the onset of polymerization of the resulting neodymium compounds;
- растворы с концентрацией РЗЭ выше 2,5 мас.% теряют текучесть, загустевают, вязкость их повышается до величины 2,5 сСт и использование таких материалов в циркуляционных лазерах с импульсной и непрерывной генерацией затруднительно;- solutions with a REE concentration above 2.5 wt.% lose fluidity, thicken, their viscosity rises to 2.5 cSt and the use of such materials in circulation lasers with pulsed and continuous generation is difficult;
- в системах с концентрацией редкоземельного иона, превышающей 3 мас.%, обнаруживается нарастание концентрационного тушения люминесценции, связанное с изменением характера полимеризации и образованием многоцентровых полимеров. [Асланов Л.А., Гиляров О.Н. и др. Ж. Коорд. химия, 1987, т.13, №6, с.758-760].- in systems with a rare earth ion concentration exceeding 3 wt.%, an increase in the concentration quenching of luminescence is detected, associated with a change in the nature of polymerization and the formation of multicenter polymers. [Aslanov L.A., Gilyarov O.N. et al. J. Coord. Chemistry, 1987, vol. 13, No. 6, pp. 758-760].
Перечисленные недостатки прототипа предопределены химической природой исходных компонентов: при изготовлении активного материала ион неодима обычно вводится в матричный растворитель в виде гидроксосоединений, поскольку его безводные соединения не растворяются. Под действием OH--групп, как и молекул Н2О, присутствующих в таких соединениях, исходный матричный растворитель легко гидролизуется, что создает условия, при которых ион неодима, в зависимости от его концентрации, может формировать в системе как моноядерные комплексы, так и вовлекаться в сложные по составу и строению многоцентровые полимеры. Установлено, что вязкость в этих системах повышается с увеличением концентрации Nd3+ вследствие металлокомплексной полимеризации. Так, в тех случаях, когда концентрация Nd3+ составляет 0,1-1,5 мас.%, в системе формируются моноядерные комплексы и вязкость таких растворов близка к вязкости воды. При введении в систему 1,5 и более процента Nd3+ происходит агрегирование моноядерных комплексов до смоло- и стеклообразного состояния, вязкость раствора увеличивается и при концентрации Nd3+ 2,5 мас.% превышает значения 2,5 сСт.The listed disadvantages of the prototype are predetermined by the chemical nature of the starting components: in the manufacture of the active material, neodymium ion is usually introduced into the matrix solvent in the form of hydroxo compounds, since its anhydrous compounds do not dissolve. Under the influence of OH - groups, as well as H 2 O molecules present in such compounds, the initial matrix solvent is easily hydrolyzed, which creates the conditions under which a neodymium ion, depending on its concentration, can form both mononuclear complexes and to be involved in multicenter polymers of complex composition and structure. It has been established that the viscosity in these systems increases with increasing concentration of Nd 3+ due to metal complex polymerization. So, in those cases when the concentration of Nd 3+ is 0.1-1.5 wt.%, Mononuclear complexes are formed in the system and the viscosity of such solutions is close to the viscosity of water. When 1.5% or more percent of Nd 3+ is introduced into the system, mononuclear complexes are aggregated to a resinous and glassy state, the viscosity of the solution increases and at a concentration of Nd 3+ of 2.5 wt% exceeds 2.5 cSt.
Растворы с вязкостью свыше 2,5 сСт на практике не могут быть использованы в циркуляционных лазерах, поскольку при их прокачке не обеспечивается оптическая однородность активного элемента. Еще одним существенным недостатком таких растворов является то, что ионы неодима, вовлеченные в многоцентровые структуры, имеют между собой укороченные связи, и это вызывает концентрационное тушение люминесценции материала.Solutions with a viscosity of more than 2.5 cSt in practice cannot be used in circulation lasers, since when they are pumped, the optical uniformity of the active element is not ensured. Another significant drawback of such solutions is that neodymium ions involved in multicenter structures have shortened bonds among themselves, and this causes concentration quenching of the luminescence of the material.
Технической задачей является предотвращение процессов полимеризации при высокой концентрации РЗЭ в растворе.The technical task is to prevent polymerization processes at a high concentration of REE in solution.
Изобретение направлено на получение активного материала для жидкостного лазера, в том числе циркуляционного, с импульсной и непрерывной генерацией со следующими характеристиками при концентрациях иона неодима от 1,5 до 7 мас.%: вязкость не более 2,5 сСт; коэффициент неактивного поглощения на длине волны 1,06 мк в пределах 3-5·10-4 см-1; время жизни возбужденного состояния Nd3+ - 180-200 мск, как косвенное свидетельство отсутствия концентрационного тушения люминесценции активного материала.The invention is directed to obtaining an active material for a liquid laser, including circulation, with pulsed and continuous generation with the following characteristics at neodymium ion concentrations from 1.5 to 7 wt.%: Viscosity no more than 2.5 cSt; the coefficient of inactive absorption at a wavelength of 1.06 microns in the range of 3-5 · 10 -4 cm -1 ; the lifetime of the excited state of Nd 3+ is 180-200 Moscow time, as indirect evidence of the absence of concentration quenching of the luminescence of the active material.
Технический результат достигается тем, что предлагается активный материал для жидкостного лазера, включающий ион неодима, тетрахлорид олова, оксихлорид фосфора, согласно изобретению материал дополнительно содержит трифлат-ион при следующих соотношениях компонентов (мас.%):The technical result is achieved by the fact that the proposed active material for a liquid laser, including neodymium ion, tin tetrachloride, phosphorus oxychloride, according to the invention, the material additionally contains triflate ion in the following ratios of components (wt.%):
при этом относительное содержание иона неодима и трифлат-иона составляет 1:1,5÷2,2.the relative content of the neodymium ion and triflate ion is 1: 1.5 ÷ 2.2.
Концентрация иона неодима выбирается из соображений, что при значениях менее 1,5 мас.% в растворе присутствуют только моноядерные комплексы, а при значениях выше 7,0 мас.% технический результат не достигается вследствие дефицита матричного растворителя.The concentration of neodymium ion is chosen for reasons that, at values of less than 1.5 wt.%, Only mononuclear complexes are present in the solution, and at values above 7.0 wt.%, The technical result is not achieved due to deficiency of the matrix solvent.
Под трифлат-ионом (CF3SO3 -) понимается остаток хлорангидрида трифторметансульфоновой кислоты, образующийся в процессе приготовления субстанции.By triflate ion (CF 3 SO 3 - ) is meant the residue of the trifluoromethanesulfonic acid chloride formed during the preparation of the substance.
Присутствие трифлат-иона позволяет повысить концентрацию люминесцирующего центра в жидкой фазе лазерного материала более чем в три раза при сохранении низкой вязкости, что свидетельствует в пользу формирования островных моноядерных комплексов. Трифлат-ион при этом способствует формированию вокруг люминесцирующего иона неодима благоприятного кислородного окружения и обеспечивает низкий коэффициент неактивных потерь и отсутствие концентрационного тушения люминесценции.The presence of a triflate ion makes it possible to increase the concentration of the luminescent center in the liquid phase of the laser material by more than three times while maintaining a low viscosity, which testifies to the formation of island mononuclear complexes. In this case, the triflate ion promotes the formation of a favorable oxygen environment around the luminescent neodymium ion and provides a low inactive loss coefficient and the absence of concentration quenching of luminescence.
На чертеже представлена зависимость вязкости активного материала от содержания иона неодима в растворе. Кривая "прототип" отвечает системе Nd3+ - OPCI3 - SnCI4 без трифлат-иона. Кривая 1 отвечает соотношению неодим-ион: трифлат-ион, равному 1:2,2. Кривая 2 - соотношению неодим-ион: трифлат-ион, равному 1:1,5. Кривая 3 - соотношению неодим-ион: трифлат-ион, равному 1:2,0.The drawing shows the dependence of the viscosity of the active material on the content of neodymium ion in solution. The prototype curve corresponds to the Nd 3+ - OPCI 3 - SnCI 4 system without triflate ion.
Относительное содержание иона неодима и трифлат-иона как 1: 1,5÷2,2 обосновано тем, что эти соотношения близки к стехиометрии для образовании мономерного комплекса неодима состава: [(Cl3PO)4Nd(CF3SO3)2]SnCl5.The relative content of neodymium ion and triflate ion as 1: 1.5 ÷ 2.2 is justified by the fact that these ratios are close to stoichiometry for the formation of a monomeric complex of neodymium with the composition: [(Cl 3 PO) 4 Nd (CF 3 SO 3 ) 2 ] SnCl 5 .
Технология с участием хлорангидрида трифторметансульфоновой кислоты проста, поскольку исключает такие операции, как термообработка реакционной смеси и фильтрация конечного раствора.The technology involving trifluoromethanesulfonic acid chloride is simple because it eliminates operations such as heat treatment of the reaction mixture and filtration of the final solution.
Активный материал для жидкостного лазера получают следующим образом. Реакционная смесь, состоящая из хлорокиси фосфора, тетрахлорида олова, гидроокиси неодима и хлорангидрида трифторметансульфоновой кислоты, загружается в реактор, снабженный затвором из фосфорного ангидрида. Взаимодействие реакционной смеси происходит плавно при незначительном разогреве и заканчивается полной ее гомогенизацией. Образовавшийся прозрачный раствор, окрашенный в сиреневый цвет, годен для использования.The active material for a liquid laser is prepared as follows. The reaction mixture, consisting of phosphorus oxychloride, tin tetrachloride, neodymium hydroxide and trifluoromethanesulfonic acid chloride, is loaded into a reactor equipped with a phosphoric anhydride shutter. The reaction mixture interacts smoothly with slight heating and ends with its complete homogenization. The resulting clear solution, painted in lilac color, is suitable for use.
Ниже приведены примеры достижения технического результата при различных относительных содержаниях иона неодима и трифлат-иона в активном материале.The following are examples of achieving a technical result with various relative contents of the neodymium ion and triflate ion in the active material.
Пример 1. Относительное содержание иона неодима и трифлат-иона составляет 1:2,2 при мас.% компонентов:Example 1. The relative content of neodymium ion and triflate ion is 1: 2.2 at wt.% Components:
Значения вязкости представлены на чертеже, кривая 1. При концентрации Nd3+, равной 7,0 мас.%, вязкость достигает максимально приемлемого значения 2,5 сСт.The viscosity values are presented in the drawing,
Пример 2. Относительное содержание иона неодима и трифлат-иона составляет 1:1,5 при мас.% компонентов:Example 2. The relative content of neodymium ion and triflate ion is 1: 1.5 with wt.% Components:
Значения вязкости представлены на чертеже, кривая 2. При концентрации Nd3+, равной 7,0 мас.%, вязкость достигает максимально приемлемого значения 2,5 сСт.The viscosity values are presented in the drawing,
Пример 3 (наилучший результат). Относительное содержание иона неодима и трифлат-иона составляет 1:2,0 при мас.% компонентов:Example 3 (best result). The relative content of neodymium ion and triflate ion is 1: 2.0 with wt.% Components:
Значения вязкости представлены на чертеже, кривая 3. При концентрации Nd3+, равной 7,0 мас.%, вязкость составляет 1,4 сСт, однако дальнейшее увеличение концентрации неодима не достигается вследствие дефицита матричного растворителя, т.е. насыщения раствора.The viscosity values are shown in the drawing,
Заявленный активный материал для жидкостного лазера обладает следующими спектрально-люминесцентными характеристиками:The claimed active material for a liquid laser has the following spectral-luminescent characteristics:
- вязкость не более 2,5 сСт;- viscosity no more than 2.5 cSt;
- коэффициент неактивного поглощения на длине волны 1,06 мк - в пределах 3-5·10-4 см-1;- the coefficient of inactive absorption at a wavelength of 1.06 microns - within 3-5 · 10 -4 cm -1 ;
- время жизни возбужденного состояния Nd3+ - 180-200 мск.- the lifetime of the excited state of Nd 3+ is 180-200 Moscow time.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006117071/28A RU2311710C1 (en) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | Active material for liquid laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006117071/28A RU2311710C1 (en) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | Active material for liquid laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2311710C1 true RU2311710C1 (en) | 2007-11-27 |
Family
ID=38960402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006117071/28A RU2311710C1 (en) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | Active material for liquid laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2311710C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2723162C1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-06-09 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И Лейпунского" | Active medium of diode-pumped fluid laser |
RU2785221C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-12-05 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Active medium of a high-energy diode-pumped liquid transport laser |
-
2006
- 2006-05-18 RU RU2006117071/28A patent/RU2311710C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2723162C1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-06-09 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И Лейпунского" | Active medium of diode-pumped fluid laser |
RU2785221C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-12-05 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Active medium of a high-energy diode-pumped liquid transport laser |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2940099B1 (en) | Process for preparing red-emitting phosphors | |
EP2940100B1 (en) | Process for preparing red-emitting phosphors | |
AU2015274585B2 (en) | Color stable red-emitting phosphors | |
TW201502243A (en) | Color stable red-emitting phosphors | |
Hernández et al. | Cooperative infrared to visible up conversion in Tb3+, Eu3+, and Yb3+ containing polymers | |
JP2019210191A (en) | Method of preparation of formamidinium halogenated lead perovskite quantum dot | |
Wang et al. | In-situ stabilization strategy for CsPbX3-silicone resin composite with enhanced luminescence and stability | |
RU2311710C1 (en) | Active material for liquid laser | |
Sebai et al. | Synthesis, structural characterization and VUV excited luminescence properties of LixNa (1− x) Sm (PO3) 4 polyphosphates | |
US20190071602A1 (en) | Fluoride phosphors and light emitting devices using the same | |
Sohn et al. | Energy transfer between Tb3+ ions in YAlO3 host | |
JP6053870B2 (en) | Fluoride phosphor, method for producing the same, and semiconductor light emitting device | |
Kasuya et al. | B-site-ordered double-perovskite oxide up-conversion phosphors doped with Yb and Ho, Er, or Tm | |
Giri et al. | Multicolor upconversion emission from Tm 3++ Ho 3++ Yb 3+ codoped tellurite glass on NIR excitations | |
Zhang et al. | A deep-dyeing strategy for ultra-stable, brightly luminescent perovskite-polymer composites | |
Ebendorff-Heidepriem et al. | Optical spectroscopy of rare earth ions in glasses | |
Museur et al. | Luminescence properties of pHEMA-TiO2 gels based hybrids materials | |
Heller | Laser action in liquids | |
EP2767573B1 (en) | Phosphor, method for producing same, and light emitting device | |
US3544477A (en) | Inorganic liquid laser media and method of preparation thereof | |
SU403316A1 (en) | Luminescent composition based on tantalum oxides with the use of activator europium | |
RU2785221C1 (en) | Active medium of a high-energy diode-pumped liquid transport laser | |
CN102775984A (en) | Pasty chemiluminescent composition with low oxidizability and high stability | |
Holmes et al. | Gas phase photolysis of hydrogen iodide. Part 1.—Inhibition with nitric oxide at 25° C | |
Kaplin et al. | Luminescent Properties of Neodymium Acetylacetonate Introduced into Polymeric Matrixes in a Supercritical СО 2 Medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100519 |