RU2485062C1 - Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров - Google Patents
Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485062C1 RU2485062C1 RU2011142190/03A RU2011142190A RU2485062C1 RU 2485062 C1 RU2485062 C1 RU 2485062C1 RU 2011142190/03 A RU2011142190/03 A RU 2011142190/03A RU 2011142190 A RU2011142190 A RU 2011142190A RU 2485062 C1 RU2485062 C1 RU 2485062C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- pbs
- nanoparticles
- wavelength
- lead sulphide
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Стекло с наночастицами сульфида свинца (PbS) используется в лазерной технике в качестве просветляющихся фильтров, а именно твердотельных пассивных затворов для лазеров ближнего ИК-диапазона, применяемых в офтальмологии, волоконно-оптических системах связи, оптической локации и дальнометрии. Обеспечение спектрального поглощения и просветления на длине волны 1,5 мкм достигается за счет формирования в стеклянной матрице наночастиц PbS определенного размера (5,5-5,9 нм) в результате проведения термической обработки стекла. Стекло включает компоненты при следующем их соотношении, мас.%: SiO2 50,0-54,5; Na2O 6,0-7,5; ZnO 12,5-15,0; PbO 6,5-8,5; S 3,5-4,0; АlF3 3,0-3,5; K2О 10,0-15,0. Техническая задача изобретения - формирование в силикатной стеклянной матрице нанокристаллов сульфида свинца размером 5,5-5,9 нм для обеспечения спектрального поглощения и просветления на длине волны 1,5 мкм. 2 табл.
Description
Изобретение относится к составам силикатных стекол, содержащих наночастицы (нанокристаллы, квантовые точки) сульфида свинца, и предназначено для использования в качестве просветляющихся сред, а именно пассивных затворов твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона, используемых в таких областях как офтальмология, волоконно-оптические системы связи, оптическая локация и дальнометрия.
Стекла, содержащие нанокристаллы сульфида свинца (PbS) размером меньше радиуса экситона Бора (18 нм), представляют собой наноразмерные структуры, для которых характерен квантоворазмерный эффект, проявляющийся в сдвиге края фундаментального поглощения в коротковолновую область спектра по сравнению с объемным кристаллом и появлению выраженных полос поглощения, связанных с экситонными резонансами. Насыщение (уменьшение) поглощения в области этих резонансов, прежде всего первого, наименьшего по энергии, при интенсивном световом воздействии используется в пассивных затворах лазеров для формирования импульсов излучения наносекундной и сверхкороткой длительностей [1].
Формирование кристаллов PbS нанометрового диапазона в стеклянной матрице достигается термической обработкой стекла. Управляя размерами нанокристаллов можно смещать положение максимума поглощения первого экситонного резонанса (изменять энергию первого экситонного резонанса) в широком спектральном диапазоне и, тем самым, смещать рабочую длину волны пассивного затвора, используя для этой цели один и тот же материал - стекло с нанокристаллами PbS. Пассивный затвор, выполненный из стекла с нанокристаллами PbS, при малой интенсивности падающего светового излучения имеет высокий коэффициент поглощения в области первого экситонного резонанса нанокристалла PbS, т.е. затвор закрыт. При сильном резонансном возбуждении, когда интенсивность света сильно возрастает, коэффициент поглощения значительно снижается и наступает насыщение поглощения - эффект просветления - затвор открыт и пропускает лазерный луч.
Имеются единичные сведения о технических решениях по созданию просветляющихся фильтров на основе силикатных стекол, содержащих нанокристаллы сульфида свинца.
Наиболее близким к предлагаемому стеклу с нанокристаллами PbS по технической сущности и достигаемому результату является стекло, содержащее, мас.%: SiO2 58-65; Na2O 10-15; ZnO 5-17; Al2O3 0,5-5; PbO 3-6; RO 0-15; F 1-3,5; S 0-3; Se 0-3; S+Se 1-3, где RO: BeO 0-5; MgO 0-5; CaO 0-15; SrO 0-10; BaO 0-10 [2]. Образование наночастиц PbS в указанном стекле происходит в процессе его термической обработки при температурах 550-650°С. Стекло содержит наночастицы PbS размером 7-30 нм, что соответствует спектральному положению первого экситонного резонанса в области 1,6-2,2 мкм. Однако данное стекло не обеспечивает получения наночастиц PbS меньшего размера и не позволяет создать материал с экситонными полосами поглощения в более коротковолновой области спектра, а именно, 1,5 мкм. Излучение в данной спектральной области имеет ряд существенных особенностей. Во-первых, такое излучение является наиболее безопасным для глаз, т.к. оно полностью поглощается роговицей глаза и не может повредить сетчатку. Во-вторых, излучение с длиной волны 1,5 мкм обладает малыми потерями при прохождении через атмосферу (попадает в так называемое второе окно прозрачности атмосферы). И, в-третьих, данное излучение имеет низкие значения дисперсии и поглощения в кварцевом волокне, что дает возможность передачи световых импульсов на большие расстояния с минимальными искажениями. Указанные особенности позволяют использовать лазеры, излучающие на этой длине волны, в офтальмологии, волоконно-оптических системах связи, оптической локации и дальнометрии.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение спектрального поглощения и просветления на длине волны 1,5 мкм за счет формирования в стеклянной матрице наночастиц PbS размером 5,5-5.9 нм (<7 нм).
Для решения поставленной задачи предлагается стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров, которое включает SiO2, Na2O, ZnO, PbO, S, и дополнительно содержит K2O и AlF3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 50,0-54,5; Na2O 6.0-7,5; ZnO 12,5-15.0; PbO 6,5-8,5; S 3,5-4,0; K2O 10,0-15,0 и AlF3 3.0-3,5. Количественное сочетание указанных компонентов в предлагаемом составе стекла позволяет формировать в стеклянной матрице наночастицы PbS определенного размера, а именно 5,5-5,9 нм, и обеспечить спектральное поглощение и просветление на длине волны 1.5 мкм и создать новый материал для просветляющихся фильтров - твердотельных пассивных затворов, с помощью которых представляется возможным осуществить генерацию наносекундных и сверхкоротких световых импульсов на длине волны 1,5 мкм в лазерах, используемых для медицины, волоконно-оптических линий связи, дистанционного зондирования атмосферы.
Из источников литературы стекло, содержащее нанокристаллы PbS, такого химического состава, для решения указанной задачи не известно и нами предлагается впервые.
Синтез стекла осуществляют в газовой пламенной печи при температуре 1400°С с выдержкой при максимальной температуре варки в течение 1 часа до полного провара и осветления стекломассы. Скорость подъема температуры в печи 300°С в час.
В качестве сырьевых материалов для приготовления шихты используют: песок кварцевый SiO2, углекислый натрий Na2CO3, углекислый калий K2CO3, оксид цинка ZnO, оксид свинца PbO, фтористый алюминий AlF3 и серу S. Шихту тщательно перемешивают, засыпают в корундизовые тигли, которые помещают в стекловаренную печь для варки.
Из готовой стекломассы методом литья в металлические формы изготавливают образцы для проведения дальнейшей термической обработки. Отжиг образцов осуществляют при температуре 450°С.
Термическую обработку стекла проводят в электрической печи при температуре 480 и 525°С при экспозицияхв 5, 10 и 20 ч выдержки. Применяя указанный температурно-временной режим термообработки, стеклянной матрицы получают наночастицы PbS стабильного размера 5,5-5.9 нм (см. таблицу 2).
Анализ рентгенограмм стекол, прошедших термообработку, подтвердил наличие в стеклянной матрице нанокристаллов PbS, сформированных в результате термической обработки. Основные межплоскостные расстояния (0,342; 0,297; 0,209 нм) соответствуют межплоскостным расстояниям кристаллической фазы PbS.
Конкретные составы предлагаемых стекол, а также их спектральные характеристики в сравнении со стеклом-прототипом представлены в таблицах 1 и 2.
Составы, находящиеся за пределами заявляемой области, не могут быть использованы в этих целях, так как кристаллизуются либо при выработке стекломассы, либо дают объемную грубо кристаллическую структуру при термообработке.
В таблице 2 указаны размеры наночастиц PbS, сформированных в силикатных стеклянных матрицах в результате термической обработки, а также приведены спектральные положения первого экситонного пика поглощения и энергия соответствующего экситонного резонанса. Данные таблицы 2 показывают, что заявляемые стекла содержат наночастицы PbS меньшего размера (5,5-5.9 нм), чем у прототипа, что обеспечивает спектральное поглощение и просветление на длине волны 1,5 мкм, т.е. на более короткой длине волны, чем у прототипа.
Таблица 1 | ||||
Составы стекол | ||||
Компоненты стекол | Содержание компонентов в составах, мас.% | |||
1 | 2 | 3 | Прототип [2] | |
SiO2 | 50,0 | 52,0 | 54,5 | 58-65 |
K2O | 15.0 | 12,5 | 10,0 | - |
AlF3 | 3,5 | 3,25 | 3,0 | - |
PbO | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 3-6 |
Na2O | 6,0 | 7,5 | 6,5 | 10-15 |
ZnO | 15,0 | 12,5 | 14,0 | 5-17 |
Al2O3 | - | - | - | 0,5-5 |
F | - | - | - | 1-3,5 |
S | 4,0 | 3,75 | 3,5 | 0-3 |
Se | - | - | - | 0-3 |
S+Se | - | - | - | 1-3 |
RO (BeO, MgO, CaO, SrO, BaO) | - | - | - | 0-15 |
Таблица 2 | ||||
Размер, спектральное положение первого экситонного пика поглощения и энергия экситонного резонанса стекол с наночастицами PbS | ||||
№ образца | Режим обработки (температура/время) | Средний диаметр наночастиц, нм | Спектральное положение полосы поглощения первого экситонного резонанса | |
длина волны, мкм | энергия резонанса, эВ | |||
1 | 480°С/20 ч | 5,5 | 1,5 | 0,86 |
2 | 525°С/5 ч | 5,5 | 1,5 | 0,86 |
3 | 525°С/10 ч | 5,9 | 1,54 | 0,90 |
Как видно из таблицы 2, подобранные температурно-временные режимы термообработки позволяют сформировать нанокристаллы сульфида свинца определенного размера (5,5-5,9 нм), стабилизируют их рост, чем в свою очередь обеспечивается спектральное поглощение и просветление на длине волны 1,5 мкм.
Сравнительный анализ показателей (размера нанокристаллов PbS и положения пика спектрального поглощения) предлагаемого стекла и прототипа показали, что заявляемое стекло содержит наночастицы PbS меньшего размера, чем у прототипа, при этом пик экситонного поглощения расположен в более коротковолновой области спектра (1,5 мкм), чем у прототипа.
Таким образом, заявляемый химический состав стекла при соответствующей термической обработке обеспечивает формирование нанокристаллов сульфида свинца размером 5,5-5,9 нм, обеспечивая спектральное поглощение и просветление на длине волны 1,5-1.54 мкм.
Указанные преимущества заявляемого стекла, содержащего наночастицы PbS такого размера, позволяют создать новый наноструктурированный стекломатериал для просветляющихся фильтров (твердотельных пассивных затворов), с помощью которых можно осуществлять генерацию коротких и сверхкоротких импульсов в лазерах, генерирующих на длине волны 1,5 мкм, используемых для медицины, дальнометрии, дистацонного зондирования атмосферы, волоконно-оптических систем передачи и обработки информации.
Область применения стекла с нанокристаллами PbS - лазерные системы генерации импульсов наносекундной и сверхкороткой длительностей.
Источники информации
1.1. Kang, F.W.Wise, "Electronic structure and optical properties of PbS and PbSe quantum dots", J. Opt. Soc. Am. B. 14, 1632-1646 (1997).
2. Патент США №5,449,645, кл. С03С 010/02, 12.09.1995 (прототип).
Claims (1)
- Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров, включающее SiO2, Na2O, ZnO, PbO, S, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит K2О и АlF3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO2 50,0-54,5 Na2O 6,0-7,5 K2O 10,0-15,0 ZnO 12,5-15,0 АlF3 3,0-3,5 PbO 6,5-8,5 S 3,5-4,0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142190/03A RU2485062C1 (ru) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142190/03A RU2485062C1 (ru) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011142190A RU2011142190A (ru) | 2013-04-27 |
RU2485062C1 true RU2485062C1 (ru) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142190/03A RU2485062C1 (ru) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2485062C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5449645A (en) * | 1994-08-26 | 1995-09-12 | Corning Incorporated | Glasses with PBS and/or PBSE crystals |
EP1180835A2 (en) * | 2000-08-10 | 2002-02-20 | Asahi Glass Company Ltd. | Optical amplifying glass |
US6756334B2 (en) * | 2001-05-29 | 2004-06-29 | Kabushiki Kaisha Ohara | Optical glass |
US20050075234A1 (en) * | 2002-01-28 | 2005-04-07 | Silke Wolff | Optical glass |
RU2269492C1 (ru) * | 2004-07-08 | 2006-02-10 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Стекло с нанокристаллами сульфида свинца для просветляющихся фильтров в ближней ик области спектра |
RU2341472C1 (ru) * | 2007-03-02 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей |
-
2011
- 2011-10-18 RU RU2011142190/03A patent/RU2485062C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5449645A (en) * | 1994-08-26 | 1995-09-12 | Corning Incorporated | Glasses with PBS and/or PBSE crystals |
EP1180835A2 (en) * | 2000-08-10 | 2002-02-20 | Asahi Glass Company Ltd. | Optical amplifying glass |
US6756334B2 (en) * | 2001-05-29 | 2004-06-29 | Kabushiki Kaisha Ohara | Optical glass |
US20050075234A1 (en) * | 2002-01-28 | 2005-04-07 | Silke Wolff | Optical glass |
RU2269492C1 (ru) * | 2004-07-08 | 2006-02-10 | Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет" | Стекло с нанокристаллами сульфида свинца для просветляющихся фильтров в ближней ик области спектра |
RU2341472C1 (ru) * | 2007-03-02 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011142190A (ru) | 2013-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI811252B (zh) | 玻璃陶瓷與玻璃 | |
US3714059A (en) | Neodymium glass laser having room temperature output at wavelengths shorter than 1060 nm | |
US3717583A (en) | Neodymium glass laser having room temperature output at wavelengths shorter than 1060 nm. | |
JP3897170B2 (ja) | 赤外発光体および光増幅媒体 | |
WO2004058656A1 (ja) | 赤外波長域で蛍光を発するガラス組成物 | |
EP2961706B1 (fr) | Verres et vitrocéramiques nanostructures transparents dans le visible et l'infrarouge | |
CN102153283B (zh) | 一种PbSe量子点掺杂光纤材料的制备方法 | |
RU2579056C1 (ru) | Люминесцирующая наностеклокерамика | |
JP2004527443A (ja) | 透明なガリウム酸塩ガラスセラミック | |
RU2484026C1 (ru) | Способ получения особо чистых теллуритно-молибдатных стекол | |
JP6061624B2 (ja) | 透明結晶化ガラス | |
TW201004888A (en) | Polarizing photorefractive glass | |
Xia et al. | Effect of Al2O3 on the formation of color centers and CdSe/Cd1− xZ nxSe quantum dots in SiO2–Na2O–ZnO glasses | |
RU2341472C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для насыщающих поглотителей | |
JP6246171B2 (ja) | 紫外線透過可視光吸収ガラスおよび紫外線透過可視光吸収フィルター | |
RU2485062C1 (ru) | Стекло с наночастицами сульфида свинца для просветляющихся фильтров | |
RU2412917C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами селенида свинца для просветляющихся фильтров ближней ик области спектра | |
Zheng et al. | Spectroscopic investigations on Er3+/Yb3+-doped oxyfluoride glass ceramics containing YOF nanocrystals | |
RU2269492C1 (ru) | Стекло с нанокристаллами сульфида свинца для просветляющихся фильтров в ближней ик области спектра | |
Kolobkova et al. | Specific features of the formation of oxyfluoride glass-ceramics in the SiO 2-PbF 2-CdF 2-ZnF 2-Al 2 O 3-Er (Eu, Yb) F 3 system | |
RU2380806C1 (ru) | Стеклокристаллический материал для пассивного лазерного затвора и способ его получения | |
Hewak | Non-toxic sulfide glasses and thin films for optical applications | |
JPH06340445A (ja) | 黄色着色ガラス | |
Pinckney et al. | Transparent gallate spinel glass-ceramics | |
RU2658109C1 (ru) | Оптическая наностеклокерамика с ионами хрома |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131019 |