RU2633845C2 - Фосфатное стекло - Google Patents
Фосфатное стекло Download PDFInfo
- Publication number
- RU2633845C2 RU2633845C2 RU2015149671A RU2015149671A RU2633845C2 RU 2633845 C2 RU2633845 C2 RU 2633845C2 RU 2015149671 A RU2015149671 A RU 2015149671A RU 2015149671 A RU2015149671 A RU 2015149671A RU 2633845 C2 RU2633845 C2 RU 2633845C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- luminescence
- sio
- bao
- mol
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
- C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных) и усилителей лазерных импульсов сверхкороткой длительности, генерирующих в ближней инфракрасной области спектра. Технический результат - обеспечение эффективной широкополосной люминесценции в интервале длин волн 980-1070 нм и пригодность для использования в качестве активной среды лазера и лазерных усилителей. Фосфатное стекло, содержащее оксиды фосфора Р2О5, кремния SiO2, алюминия Al2O3, бора B2O3, неодима Nd2O3, калия К2О и бария ВаО, дополнительно содержит оксид иттербия Yb2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: P2O5 45,32-56,78, SiO2 1,98-9,73, Al2O3 6,05-11,67, B2O3 5,35-20,5, K2O 12,41-18,43, ВаО 6,1-9,71, Yb2O3 0,15-0,59, Nd2O3 0,73-1,52. 8 пр., 1 табл., 1 ил..
Description
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к фосфатным стеклам, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных) и усилителей лазерных импульсов сверхкороткой длительности, генерирующих в ближней инфракрасной области спектра.
Известно иттербиевое фосфатное стекло состава, мол.%: 60-75 Р2О5, 10-30 Yb2O3, 0-30 комбинация компонентов X2O3, R2O, МО. X2O3 может присутствовать в концентрации 0-26 мол.%, а X соответствует Al, В, La, Sc, Y, или их смеси. R2O может присутствовать в концентрации 0-26 мол.%, a R соответствует Li, Na, K, или их смеси. МО может присутствовать в концентрации 0-26 мол.%, а М соответствует Mg, Са, Sr, Ва, Zn, или их смеси (Ytterbium-phosphate glass, патент US 7,531,473 В2).
Недостатками известного стекла являются низкие влагостойкость и термопрочность, а также высокие потери на кооперативную люминесценцию ионов Yb3+ и отсутствие люминесценции вблизи длины волны 1065 нм, что затрудняет его использование в полевых условиях и мешает получению эффективной генерации при высоком уровне накачки в широком диапазоне.
Известно стекло состава, мол.%: 22 MgF2, 32-52 BaF2, 5-25 PbF2, 20 Al(PO3)3, 1 YbF3 (Yb3+ doped fluorine phosphorous glass with high crystallization stability and preparing method thereof, патент CN101269913 (А) от 2008-09-24).
Основным недостатком известного стекла является низкая концентрация ионов Yb3+ и полное отсутствие ионов Nd3+, что не позволяет получать высокую удельную мощность генерации и широкую полосу люминесценции.
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является стекло состава, мас. %: (55-65) P2O5, (8-12) ВаО, (10-15) K2O, (1-4) SiO2, (5-10) Al2O3, (2-6) B2O3, (0,1-4,5) Nd2O3 (RU 2426701). Данное стекло обладает временем затухания люминесценции, равным 279 мкс, и эффективной шириной полосы люминесценции, равной 27 нм, при концентрации ионов Nd3+, равной 3.074⋅1020 1/см3.
Недостатком прототипа является невозможность получения лазерной генерации в широкой спектральной области 980-1070 нм.
Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла, характеризующегося полосой люминесценции с эффективной шириной не менее 90 нм и пригодного для использования в качестве активной среды лазерных устройств, работающих в режиме получения импульсов сверхкороткой длительности, и усилителей чирпированных фемто- и пикосекундных лазерных импульсов.
Для решения поставленной задачи люминесцирующее фосфатное стекло, содержащее оксиды фосфора Р2О5, кремния SiO2, алюминия Al2O3, бора В2О3, неодима Nd2O3, калия К2О и бария ВаО, дополнительно содержит оксид иттербия Yb2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%: (45,32-56,78) P2O5, (1,98-9,73) SiO2, (6,05-11,67) Al2O3, (5,35-20,5) B2O3, (12,41-18,43) К2О, (6,1-9,71) ВаО, (0,15-0,59) Yb2O3, (0,73-1,52) Nd2O3.
Для синтеза данного оптического фосфатного стекла (далее по тексту - стекла) использовались следующие исходные материалы: ортофосфорная кислота Н3РО4 (ХЧ), оксид кремния SiO2 квалификации ОСЧ, оксид иттербия Yb2O3 и оксид неодима (Nd2O3) квалификации ОСЧ, остальные реактивы квалификации ХЧ. Использовалась двухстадийная технология варки. На первой стадии осуществлялась варка стекольной фритты в электрической печи шахтного типа в кварцевом сосуде с размешиванием расплава кварцевой мешалкой. На второй стадии проводился перевар полученной фритты в индукционной печи в платиновом тигле с барботированием стекломассы сухим кислородом для снижения концентрации ОН--групп. Температура варки фритты и стекла составляла 1350°С.
Уменьшение концентраций Yb2O3 и Nd2O3 ниже заявляемых нецелесообразно из-за низкой интенсивности люминесценции. Увеличение концентрации Yb2O3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за изменения спектра люминесценции. Изменение концентрации остальных компонентов в заявляемых пределах слабо влияет на спектр и время жизни люминесценции заявляемого стекла.
Составы (по синтезу) заявляемого стекла и средние длительности затухания люминесценции сведены в таблицу 1. Коэффициент поглощения синтезированных стекол в области основного колебания групп О-Н (λ=3000 см-1) составлял 2,2-3,0 см-1.
На фигуре 1 изображены спектры люминесценции при длине волны возбуждения 532 нм для образца №7 (1) и прототипа (2). Из спектров люминесценции образца и прототипа видно, что образец заявляемого стекла обладает более широкой полосой люминесценции, чем прототип.
Заявляемое стекло характеризуется низкой склонностью к кристаллизации и устойчивостью к воздействию влажной атмосферы.
Пример 1. Образец фосфатного стекла, включающий (мол.%) 56,78 P2O5, 2,06 SiO2, 6,19 Al2O3, 14,25 B2O3, 6,47 ВаО, 13,16 K2O, 0,77 Nd2O3, 0,31 Yb2O3, получен переваркой с барботированием осушенным кислородом при 1350°С в платиновом тигле фриты стекла, сваренного при температуре 1350°С в электрической печи с SiC нагревателями шахтного типа, в тигле из кварцевого стекла объемом 300 мл. Смесь порошкообразных сырьевых материалов предварительно перемешали в пластиковом сосуде в течение 2 часов на валковой мельнице, далее получившуюся однородную смесь смешали с ортофосфорной кислотой, для прохождения реакций образования фосфатов. Загрузку жидкой шихты в тигель производили при температуре 1000°С малыми порциями. После провара стекло вырабатывалось на стальную плиту, покрытую тонким слоем графита. Полученную отливку раскалывали для отбраковки неоднородных участков стекла. После отбора кусков фриты производилась варка стекла в платиновом тигле с барботированием кислородом в течение 1 часа. Расплав стекла вырабатывался на разогретую до 450°С стальную плиту. Отливка стекла отжигалась в муфельной печи в течение 4 часов с последующим инерционным снижением температуры. Полученный материал имеет полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 92 нм. Длительность затухания люминесценции составила 1142 мкс.
Пример 2. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примера 1, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 2 включает в себя оксиды (мол.%) 45,32 P2O5, 9,73 SiO2, 11,67 Al2O3, 13,44 B2O3, 6,1 ВаО, 12,41 K2O, 0,73 Nd2O3, 0,59 Yb2O3. Полученный материал имеет полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 90,5 нм. Длительность затухания люминесценции составила 764 мкс.
Пример 3. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примеров 1 и 2, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 3 включает в себя оксиды (мол.%) 47 P2O5, 4,04 SiO2, 6,05 Al2O3, 13,94 B2O3, 9,49 ВаО, 18,03 K2O, 1,14 Nd2O3, 0,31 Yb2O3. Полученный материал имеет полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 92,5 нм. Длительность затухания люминесценции составила 946 мкс.
Пример 4. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примеров 1-3, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 4 включает в себя оксиды (мол.%) 46,08 P2O5, 1,98 SiO2, 7,12 Al2O3, 20,5 B2O3, 7,76 ВаО, 15,15 K2O, 1,11 Nd2O3, 0,3 Yb2O3. Полученный материал имеет полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 91,5 нм. Длительность затухания люминесценции составила 982 мкс.
Пример 5. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примеров 1-4, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 5 включает в себя оксиды (мол.%) 51,42 P2O5, 5,06 SiO2, 6,07 Al2O3, 15,73 B2O3, 7,14 ВаО, 12,91 K2O, 1,52 Nd2O3, 0,15 Yb2O3. Полученный материал имеет полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 90,2 нм. Длительность затухания люминесценции составила 875 мкс.
Пример 6. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примеров 1-5, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 6 включает в себя оксиды (мол.%) 52,01 P2O5, 5,12 SiO2, 9,21 Al2O3, 7,07 B2O3, 8,02 ВаО, 17,63 K2O, 0,77 Nd2O3, 0,16 Yb2O3. Полученный материал имеет широкую полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 92 нм. Длительность затухания люминесценции составила 936 мкс.
Пример 7. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примеров 1-6, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 7 включает в себя оксиды (мол.%) 49,92 P2O5, 6,1 SiO2, 9,76 Al2O3, 7,02 B2O3, 7,97 ВаО, 18,16 K2O, 0,76 Nd2O3, 0,31 Yb2O3. Полученный материал имеет широкую полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 94 нм. Длительность затухания люминесценции составила 1153 мкс.
Пример 8. Фосфатное стекло, полученное в соответствии с режимом варки примеров 1-7, отличающееся изменением состава стекла. Состав стекла (по синтезу) из примера 8 включает в себя оксиды (мол.%) 48,94 P2O5, 6,19 SiO2, 9,91 Al2O3, 5,35 B2O3, 9,71 ВаО, 18,43 K2O, 1,16 Nd2O3, 0,31 Yb2O3. Полученный материал имеет широкую полосу люминесценции с эффективной шириной, равной 91,6 нм. Длительность затухания люминесценции составила 973 мкс.
Таким образом, заявляемое стекло в отличие от прототипа характеризуется эффективной широкополосной люминесценцией, что позволяет использовать его для получения перестраиваемой генерации в спектральной области 980-1070 нм. Это обеспечивает заявляемому стеклу преимущество в качестве активного элемента при получении оптической генерации или ее усиления в указанной области спектра.
Claims (2)
- Фосфатное стекло, содержащее оксиды фосфора Р2О5, кремния SiO2, алюминия Al2O3, бора B2O3, неодима Nd2O3, калия К2О и бария ВаО, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит оксид иттербия Yb2O3 при следующем соотношении компонентов, мол.%:
-
P2O5 45,32-56,78 SiO2 1,98-9,73 Al2O3 6,05-11,67 B2O3 5,35-20,5 K2O 12,41-18,43 ВаО 6,1-9,71 Yb2O3 0,15-0,59 Nd2O3 0,73-1,52
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149671A RU2633845C2 (ru) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Фосфатное стекло |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149671A RU2633845C2 (ru) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Фосфатное стекло |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015149671A RU2015149671A (ru) | 2017-05-25 |
RU2633845C2 true RU2633845C2 (ru) | 2017-10-18 |
Family
ID=58877783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015149671A RU2633845C2 (ru) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | Фосфатное стекло |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2633845C2 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4075120A (en) * | 1975-05-14 | 1978-02-21 | Kogre, Inc. | Laser phosphate glass compositions |
RU2131402C1 (ru) * | 1997-12-29 | 1999-06-10 | Ситников Анатолий Михайлович | Добавка к стеклу |
RU2263301C1 (ru) * | 2004-02-06 | 2005-10-27 | Федеральное Государственное унитарное предпряитие "25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей (ГосНИИ по химмотологии) | Способ экспрессного определения кинематической вязкости авиационных керосинов и дизельных топлив |
US7531473B2 (en) * | 2004-08-23 | 2009-05-12 | Kigre, Inc. | Ytterbium-phosphate glass |
RU2426701C1 (ru) * | 2010-02-03 | 2011-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Оптическое фосфатное стекло |
RU2500059C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-11-27 | Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Лазерное фосфатное стекло |
US9118166B2 (en) * | 2012-11-28 | 2015-08-25 | Schott Corporation | Tuning rare earth ion emission wavelength in phosphate based glasses using cerium oxide |
-
2015
- 2015-11-19 RU RU2015149671A patent/RU2633845C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4075120A (en) * | 1975-05-14 | 1978-02-21 | Kogre, Inc. | Laser phosphate glass compositions |
RU2131402C1 (ru) * | 1997-12-29 | 1999-06-10 | Ситников Анатолий Михайлович | Добавка к стеклу |
RU2263301C1 (ru) * | 2004-02-06 | 2005-10-27 | Федеральное Государственное унитарное предпряитие "25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей (ГосНИИ по химмотологии) | Способ экспрессного определения кинематической вязкости авиационных керосинов и дизельных топлив |
US7531473B2 (en) * | 2004-08-23 | 2009-05-12 | Kigre, Inc. | Ytterbium-phosphate glass |
RU2426701C1 (ru) * | 2010-02-03 | 2011-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Оптическое фосфатное стекло |
RU2500059C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2013-11-27 | Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" | Лазерное фосфатное стекло |
US9118166B2 (en) * | 2012-11-28 | 2015-08-25 | Schott Corporation | Tuning rare earth ion emission wavelength in phosphate based glasses using cerium oxide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015149671A (ru) | 2017-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Elisa et al. | Optical and structural characterization of samarium and europium-doped phosphate glasses | |
Linganna et al. | 1.53 µm luminescence properties of Er3+-doped K–Sr–Al phosphate glasses | |
CN102659313B (zh) | 近红外宽带发光铒铥共掺铋酸盐激光玻璃及其制备方法 | |
Trindade et al. | White light generation via sequential stepwise absorption and energy-transfer frequency upconversion in Tm3+/Er3+-codoped glass | |
Talewar et al. | Sensitization of Yb3+ by Nd3+ emission in alkaline-earth chloro borate glasses for laser and fiber amplifier applications | |
Lakshminarayana et al. | Fluorescence features of Tm3+-doped multicomponent borosilicate and borotellurite glasses for blue laser and S-band optical amplifier applications | |
Yao et al. | Enhancing up-conversion luminescence of Er 3+/Yb 3+-codoped glass by two-color laser field excitation | |
Prasad et al. | Influence of Nd3+ and Er3+ concentration on NIR luminescence properties in calcium borophosphate (CBP) phosphors | |
RU2500059C1 (ru) | Лазерное фосфатное стекло | |
RU2633845C2 (ru) | Фосфатное стекло | |
Santos et al. | Cooperative upconversion, radiation trapping, and self-quenching effects in highly Yb3+-doped oxyfluoride glasses | |
Yang et al. | Thermal stability and spectroscopic properties of Er3+-doped lead fluorogermanate glasses | |
Tian et al. | High-aluminum phosphate glasses for single-mode waveguide-typed red light source | |
RU2531958C2 (ru) | Лазерное электрооптическое стекло и способ его изготовления | |
CN102674688B (zh) | 掺镨硼磷酸盐基近红外超宽带发光玻璃及其制备方法 | |
Zhang et al. | Visible luminescence properties of Er3+–Pr3+ codoped fluorotellurite glasses | |
RU2576761C1 (ru) | Люминесцирующее фосфатное стекло | |
Klinkov et al. | Spectral Properties of Doped Glasses of the 35Bi 2 O 3· 40PbO· 25Ga 2 O 3 Composition Synthesized in a Quartz Crucible | |
CN102515513A (zh) | 一种Er3+/Ce3+共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法 | |
CN102432172B (zh) | 一种掺铒型磷酸盐玻璃及其制备方法和应用 | |
Denker et al. | Up-conversion losses in different erbium-doped laser glasses | |
CN112851129A (zh) | 一种近红外波段宽带发射稀土掺杂铋酸盐光纤玻璃及其制备方法 | |
CN112897878A (zh) | 一种近红外波段超宽带发射Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃及其制备方法 | |
Dorosz et al. | Rare-earth doped materials for optical waveguides | |
US8385375B2 (en) | P-element doped laser medium apparatus and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181120 |