RU2383503C1 - Люминесцирующее германатное стекло - Google Patents

Люминесцирующее германатное стекло Download PDF

Info

Publication number
RU2383503C1
RU2383503C1 RU2008145810/03A RU2008145810A RU2383503C1 RU 2383503 C1 RU2383503 C1 RU 2383503C1 RU 2008145810/03 A RU2008145810/03 A RU 2008145810/03A RU 2008145810 A RU2008145810 A RU 2008145810A RU 2383503 C1 RU2383503 C1 RU 2383503C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass
ions
luminescence
luminescent
mol
Prior art date
Application number
RU2008145810/03A
Other languages
English (en)
Inventor
Георгий Ефимович Малашкевич (BY)
Георгий Ефимович Малашкевич
Владимир Николаевич Сигаев (RU)
Владимир Николаевич Сигаев
Павел Джибраелович Саркисов (RU)
Павел Джибраелович Саркисов
Никита Владиславович Голубев (RU)
Никита Владиславович Голубев
Виталий Иванович Савинков (RU)
Виталий Иванович Савинков
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси"
Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси", Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" filed Critical Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority to RU2008145810/03A priority Critical patent/RU2383503C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2383503C1 publication Critical patent/RU2383503C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к германатному стеклу, которое может использоваться в качестве активного материала объемных, микрочип и волоконных лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. Техническим результатом является увеличение эффективной полуширины полосы люминесценции в переходе 4I13/24I15/2 ионов Er3+ (λ~1,55 мкм) и повышение концентрации ионов Yb3+. 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. Люминесцирующее германатное стекло содержит, мол. %: GeO2 40-60, Er2O3 0,01-5,
Yb2O3 1-28, В2О3 15-30, Al2O3 1-5, La2O3 1-25. 1 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Er-содержащему германатному стеклу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. В частности, для спектральной области при λ~1,55 мкм, широко используемой в волоконно-оптической связи и лазерной локации.
Известно легированное эрбием теллуритное стекло следующего состава, мол.%: 80TeO2-10Na2O-9ZnO-1Er2O3 (S.Shen, A.Jha, X.Liu et al. Tellurite Glasses for Broadband Amplifiers and Integrated Optics, J. Am. Ceram. Soc. (2002), vol.85, no.6, p.1391-1395). Основными недостатками известного стекла являются недостаточно высокое значение эффективной полуширины полосы люминесценции (Δλэф= 62-75 нм) в переходе
Figure 00000001
(λ~1,55 мкм) ионов Er3+, определяемое как отношение интегральной интенсивности люминесценции к пиковой, низкая концентрация этих ионов и неудовлетворительные физико-химические свойства, обусловленные «рыхлым» структурным каркасом из-за слабой силы химических связей Te-O и высокой концентрации щелочного металла. Это ограничивает возможности применения известного стекла в широкополосных линиях волоконно-оптической связи и делает невозможным его использование в качестве «рабочей» среды микрочип лазеров.
Известно легированное эрбием, алюминием и германием силикатное стекло, включающее (2900-5600 ppm) Er, (2,6-5,2 мол.%) Al2O3, (16,1-17,9 мол.%) GeO2, остальное - SiO2 (А.В.Холодков, К.М.Голант. Особенности фотолюминесценции ионов Er3+ 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
Figure 00000002
ионов Er3+, что ограничивает возможности его использования в качестве активной среды широкополосных лазеров и усилителей.
Известно легированное тулием германатное стекло следующего состава, мол. %: по меньшей мере 20GeO2, (0,001-2,0) Tm2O3, (2-40) Ga2O3, может включать 0< и <40 щелочноземельных соединений, выбранных из MgO, CaO, SrO,BaO, BaF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaCl2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaBr2, MgBr2, CaBr2, SrBr2, и их комбинации, а также может включать 0< и <20 щелочных соединений, выбранных из Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, Li2Cl2, Na2Cl2, K2Cl2, Rb2Cl2, Cs2Cl2, Li2Br2, Na2Br2, K2Br2, Rb2Br2, Cs2Br2, и их комбинации (патент США №6589895 от 2003.07.08, МПК: C03C 13/00; C03C 3/253; C03C 4/12; C03C 13/04; C03C 4/00; C03C 3/12; H01S 3/17; H01S 3/16; C03C 004/12; C03C 003/23; C03C 003/253; C03C 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 BaGe4O9-Ba(PO3)2-RFx следующего состава, мол. %: (10-70) (BaF2, CaF2, MgF2, BiF3, PbF2), (7,31-58,48) GeO2, (4,81-38,50)
P2O5, (7,86-62,94) BaO, где легирующие соединения взяты выше 100% в вес %: (0,5-15) Nd2O3(NdF3), (0,2-12) Er2O3(ErF3), (1,0-15) Yb2O3(YbF3), (1,0-10) Ho2O3(HoF3), (0,5-12) Pr2O3(PrF3), (0,2-10) Tm2O3(TmF3), (0,1-10) Tb2O3(TbF3), (0,5-20) MnO(MnF2) (Стекло для лазеров и волоконных усилителей и метод его производства. Патент США №6495481 от 17 декабря 2002 г., МПК: C03C 3/247, C03C 3/253, C03C 3/16, C03C 3/23, C03C 3/32).
Основными недостатками прототипа являются невысокое значение полуширины полосы люминесценции ионов Er3+ в переходе
Figure 00000002
(λ~1,55 мкм)-Δν=150 см-1 (Δλ≈36 нм) и невысокая концентрация ионов Yb3+.
Указанные недостатки не позволяют использовать это стекло в широкополосных усилителях, обеспечивающих большое число информационных каналов в спектральной области при λ~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
Figure 00000002
ионов Er3+ (λ~1,55 мкм) и высокой концентрацией ионов Yb3+. 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 GeO2, Er2O3 и Yb2O3, дополнительно содержит B2O3, Al2O3 и La2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: (40-60) GeO2, (0,01-5) Er2O3, (1-28) Yb2O3, (15-30) B2O3, (1-5) Al2O3, (1-25) La2O3.
Стекло получали плавлением шихты в платиновом тигле при температуре 1450°C. После отливки стекло охлаждали между двумя стальными листами.
Уменьшение концентрации Er2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за трудности реализации превышения коэффициента усиления над коэффициентом потерь; увеличение концентрации Er2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения интенсивности люминесценции, обусловленного ростом потерь на "up"-конверсию. Уменьшение концентрации Yb2O3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения эффективности миграционной контролируемой сенсибилизации люминесценции ионов Er3+; увеличение концентрации Yb2O3 выше заявляемой нецелесообразно из-за появления кристаллизации стекла. Введение B2O3 используется для повышения растворимости редкоземельных оксидов и ускорения перехода
Figure 00000003
ионов Er3+, который является «узким горлом» в канале сенсибилизированной люминесценции. Введение Al2O3 используется для снижения кристаллизационной способности стекол.
Составы заявляемого стекла и значения эффективной полуширины (Δλэф) и интегральной относительной интенсивности полосы люминесценции
Figure 00000002
ионов Er3+ (Iлюм) сведены в таблицу. Возбуждение люминесценции осуществлялось при длине волны λв=974 нм; значение Iлюм определялось для пластинки толщиной 1 мм, обеспечивающей практически полное поглощение возбуждающего излучения при концентрации Yb2O3 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 Yb2O3.
Таблица
№ образца Состав, мол % Δλэф, нм Iлюм отн.ед.
GeO2 Er2O3 Yb2O3 B2O3 Al2O3 La2O3
1 40 5 20 30 1 4 88 0,5
2 60 0,01 1 15 5 18,99 85 ~0,03
3 42,9 1 28 26 2 0,1 87 0,9
4 45 2 23 25 3 2 87 1,0
5 45,98 0,02 2 24 3 25 86 ~0,07
На чертеже изображены «квантовые» спектры люминесценции образца 3 в переходе
Figure 00000002
ионов Er3+ при λв=974 нм (кривая) и 380 нм (кривая 2).
Как видно из таблицы, при увеличении концентрации Er2O3 с 1 до 2 и 5 мол. % и близкой к предельной концентрации Yb2O3 значение Iлюм увеличивается с 0,9 до 1 и уменьшается до 0,5 относительных единиц (ср. образцы 3, 4 и 1 в табл.). Это свидетельствует о слабом "up"-конверсионном тушении люминесценции Er3+ из состояний
Figure 00000004
и позволяет использовать заявляемые стекла в качестве активной среды микрочип лазеров. Незначительное изменение контура полосы люминесценции
Figure 00000002
ионов Er3+ (ср. кривые 1 и 2 на чертеже) при переходе от непосредственного возбуждения этих ионов (λв=380 нм) к возбуждению через ионы
Yb3+в=974 нм) свидетельствует о высокой однородности оптических центров Er3+, а большое значение Δλэф 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 "up"-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 λ~1,55 мкм (в том числе в виде микрочипа и волокна).

Claims (1)

  1. Люминесцирующее германатное стекло, содержащее GeO2, Er2O3 и Yb2O3, отличающееся тем, что дополнительно содержит В2О3, Al2O3 и La2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%:
    GeO2 40-60 Er2O3 0,01-5 Yb2O3 1-28 В2О3 15-30 Al2O3 1-5 La2O3 1-25
RU2008145810/03A 2008-11-19 2008-11-19 Люминесцирующее германатное стекло RU2383503C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145810/03A RU2383503C1 (ru) 2008-11-19 2008-11-19 Люминесцирующее германатное стекло

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145810/03A RU2383503C1 (ru) 2008-11-19 2008-11-19 Люминесцирующее германатное стекло

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2383503C1 true RU2383503C1 (ru) 2010-03-10

Family

ID=42135176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008145810/03A RU2383503C1 (ru) 2008-11-19 2008-11-19 Люминесцирующее германатное стекло

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2383503C1 (ru)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534138C2 (ru) * 2012-10-26 2014-11-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминесцирующее стекло (варианты)
RU2548638C1 (ru) * 2014-01-10 2015-04-20 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминесцирующее стекло
RU2548634C1 (ru) * 2014-01-10 2015-04-20 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминесцирующее стекло
RU2553879C2 (ru) * 2012-10-01 2015-06-20 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Люминесцирующее стекло
RU2574223C1 (ru) * 2014-12-30 2016-02-10 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Люминесцирующее стекло
RU2579056C1 (ru) * 2014-12-30 2016-03-27 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Люминесцирующая наностеклокерамика
RU2637540C1 (ru) * 2016-10-04 2017-12-05 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика
RU2654032C1 (ru) * 2017-02-09 2018-05-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения академии наук Сложный натриевый германат лантана, неодима и гольмия в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера и способ его получения

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1310350A1 (ru) * 1985-12-10 1987-05-15 Институт физики АН БССР Люминесцирующее стекло
RU2079456C1 (ru) * 1993-12-08 1997-05-20 Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" Радиационно устойчивое стекло
US6495481B1 (en) * 2001-05-21 2002-12-17 Nano Technologies Glasses for laser and fiber amplifier applications and method for making thereof
US6589895B2 (en) * 2001-06-29 2003-07-08 Corning Incorporated Thulium-doped germanate glass composition and device for optical amplification
RU2280625C1 (ru) * 2005-03-29 2006-07-27 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Стекло для светофильтров
RU2302066C1 (ru) * 2005-09-22 2007-06-27 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Волоконный световод для оптического усиления излучения на длине волны в диапазоне 1000-1700 нм, способы его изготовления и волоконный лазер

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1310350A1 (ru) * 1985-12-10 1987-05-15 Институт физики АН БССР Люминесцирующее стекло
RU2079456C1 (ru) * 1993-12-08 1997-05-20 Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" Радиационно устойчивое стекло
US6495481B1 (en) * 2001-05-21 2002-12-17 Nano Technologies Glasses for laser and fiber amplifier applications and method for making thereof
US6589895B2 (en) * 2001-06-29 2003-07-08 Corning Incorporated Thulium-doped germanate glass composition and device for optical amplification
RU2280625C1 (ru) * 2005-03-29 2006-07-27 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Стекло для светофильтров
RU2302066C1 (ru) * 2005-09-22 2007-06-27 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Волоконный световод для оптического усиления излучения на длине волны в диапазоне 1000-1700 нм, способы его изготовления и волоконный лазер

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2553879C2 (ru) * 2012-10-01 2015-06-20 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Люминесцирующее стекло
RU2534138C2 (ru) * 2012-10-26 2014-11-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминесцирующее стекло (варианты)
RU2548638C1 (ru) * 2014-01-10 2015-04-20 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминесцирующее стекло
RU2548634C1 (ru) * 2014-01-10 2015-04-20 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Люминесцирующее стекло
RU2574223C1 (ru) * 2014-12-30 2016-02-10 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Люминесцирующее стекло
RU2579056C1 (ru) * 2014-12-30 2016-03-27 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Люминесцирующая наностеклокерамика
RU2637540C1 (ru) * 2016-10-04 2017-12-05 Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика
RU2654032C1 (ru) * 2017-02-09 2018-05-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения академии наук Сложный натриевый германат лантана, неодима и гольмия в качестве люминесцентного материала для преобразования монохроматического излучения лазера и способ его получения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2383503C1 (ru) Люминесцирующее германатное стекло
Jiang et al. Er3+-doped phosphate glasses for fiber amplifiers with high gain per unit length
Wang et al. Influence of Al 3+ and P 5+ ion contents on the valence state of Yb 3+ ions and the dispersion effect of Al 3+ and P 5+ ions on Yb 3+ ions in silica glass
JP5917867B2 (ja) アルミノリン酸ガラス組成物
Herrmann et al. Structure and fluorescence properties of ternary aluminosilicate glasses doped with samarium and europium
US6503860B1 (en) Antimony oxide glass with optical activity
Gao et al. Tm3+-doped tellurium germanate glass and its double-cladding fiber for 2 μm laser
US6589895B2 (en) Thulium-doped germanate glass composition and device for optical amplification
Liu et al. Realization of 2 µm laser output in Tm3+-doped lead silicate double cladding fiber
US20160280586A1 (en) Glass
Lakshminarayana et al. Fluorescence features of Tm3+-doped multicomponent borosilicate and borotellurite glasses for blue laser and S-band optical amplifier applications
US6583927B2 (en) Optical amplifier incorporating therein holmium-doped optical fiber
Kiwsakunkran et al. Synthesis and optical behavior of neodymium ion doped borophosphate glass for laser applications
CN101414025A (zh) 发射波长处于1.5~2.2μm的锗酸盐玻璃光纤
US6859606B2 (en) ER3+ doped boro-tellurite glasses for 1.5 μm broadband amplification
JP4673363B2 (ja) 多成分テルライトガラス組成物、光増幅器及びレーザ機器
Zhou et al. Broadband near-infrared emission from Bi-doped aluminosilicate glasses
Scarnera et al. Green up-conversion in Yb3+–Tb3+ and Yb3+–Tm3+–Tb3+ doped fluoro-germanate bulk glass and fibre
US20040037538A1 (en) Silicate glass for upconversion fluorescence
Reiche et al. Blue and green upconversion in Er3+-doped fluoroindate glasses
Gangfeng et al. Broadband 1.53 μm emission in Er3+-doped Ga-Bi-Pb-Ge heavy metal oxide glasses
Yang et al. Laser-diode-excited intense luminescence and green-upconversion in erbium-doped bismuth–germanate–lead glasses
JP6901560B2 (ja) 能動素子用フッ素リン酸塩系ガラス
CN102211871B (zh) 镱铋共掺无碱硼磷酸盐光学玻璃及其制备方法
Reddeppa et al. Visible and NIR steady-state luminescence properties of Dy3+ ions-doped calcium phosphate glasses for light-emitting diodes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111120