RU2633845C2 - Фосфатное стекло - Google Patents

Фосфатное стекло Download PDF

Info

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
Application number
RU2015149671A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015149671A (ru
Inventor
Александр Александрович Степко
Виталий Иванович Савинков
Георгий Юрьевич Шахгильдян
Владимир Николаевич Сигаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Priority to RU2015149671A priority Critical patent/RU2633845C2/ru
Publication of RU2015149671A publication Critical patent/RU2015149671A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2633845C2 publication Critical patent/RU2633845C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/062Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C03C3/068Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL 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
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/12Compositions 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.
Figure 00000001
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)

  1. 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.%:
  2. 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
RU2015149671A 2015-11-19 2015-11-19 Фосфатное стекло RU2633845C2 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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