CC BY
48
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 681.3
А. Н. Романов, Е. В. Хаула, З. Т. Фаттахова, А. А. Вебер, В. Н. Корчак, В. Б. Цветков, В. Б. Сулимов
ЛАЗЕРНАЯ АКТИВНАЯ СРЕДА НА ОСНОВЕ ФТОРИДНОГО СТЕКЛА ZBLAN, ЛЕГИРОВАННОГО ВИСМУТОМ
Показано, что добавление в композицию фторидного стекла 2БЬЛМ (532гР4— 20БаР2—4ЬаР3—20МаР—3Л№3) фторида висмута Б1Б3 приводит к частичному восстановлению последнего с образованием люминесцирующих субвалентных соединений висмута. Полученное стекло характеризуется широким спектром люминесценции в ближнем ИК-диапазоне (1000—1500 нм), хорошим оптическим качеством и может рассматриваться как перспективная оптическая среда для создания широкополосных оптических усилителей и перестраиваемых лазеров. Обсуждается также природа люминесцирующих субвалентных соединений висмута в стекле 2БЬАК
Ключевые слова: субвалентный висмут, люминесценция, фторидные стекла, оптический усилитель.
Многие стекла и кристаллические материалы, легированные висмутом, являются источником широкополосной (1000—2500 нм) и долгоживущей (десятки и сотни микросекунд) ИК-фотолюминесценции [1, 2]. С момента обнаружения [1] природа активных центров, ответственных за появление этой люминесценции, остается не совсем понятной, хотя установлено, что существуют несколько различных люминесцентных центров, в которых висмут проявляет степень окисления ниже обычной (+3). Многие подобные соединения известны с
• + • 3+
1950-х гг. (субвалентные соединения висмута) и обнаружение у некоторых из них (Б1 , Б15 ,
2+
Б18 ) способности к фотолюминесценции в ИК-диапазоне [3—6] представляется в настоящее время интересным.
Среди множества фторидных стекол, полученных на сегодняшний день, наиболее устойчивым и пригодным для изготовления оптических элементов является состав 2БЬЛК (пропорция в молярных частях: 532гБ4—20БаБ2—4ЬаБ3—20КаБ—3ЛШ3) [7]. В настоящей статье исследуется возможность изготовления стекол, близких по составу к 2БЬЛК, легированных субвалентными соединениями висмута.
Для изучения выбран состав, отличающийся от классической рецептуры 2БЬЛК добавлением 5 молярных долей Б1Бэ (532гБ4—20Бар2—4Ьар3—20КаР—3ЛШ3—5Б1р3; 2БЬЛКБ). Во избежание избыточного восстановления Б1Б3 (до металла) аммиаком процесс изготовления проводился в две стадии [8], причем на первой стадии стекло 2БЬЛК изготавливалось без Б1Б3 с использованием бифторида аммония.
Исследование спектров оптического поглощения, люминесценции, а также временных зависимостей затухания люминесценции проводилось в соответствии с методикой, изложенной
92
А. Н. Романов, Е. В. Хаула, З. Т. Фаттахова и др.
в работе [8]. Спектры поглощения т (Хшах= 360, 425, 665 нм) и люминесценции I (широкая полоса с Хшах= 1185 нм) стекла 2ВЬАКБ (см. рисунок, а, б, соответственно) практически идентичны тем, что наблюдались ранее в составах 2гБ4—В1Б3—и 2гБ4—ВаБ2—В1Б3, и обусловлены присутствием субвалентных соединений висмута [8]. Регистрация спектра люминесценции производилась при комнатной температуре и длине волны возбуждения Хех=470 нм.
законом „растянутой экспоненты" I = I0 exp (t/т0 ) с характерным временем затухания
то=13 мкс, что также хорошо соотносится с результатами, полученными для фторидных стекол ZrF4—BiF3—NaF и ZrF4—BaF2—BiF3 [8].
Таким образом подтверждена возможность получения устойчивых фторидных стекол, близких по составу к ZBLAN, содержащих субвалентные соединения висмута (возможно Bi82+, но определенно не Bi+ и Bi53+), люминесцирующие в широкой полосе (950—1600 нм) ближнего ИК-диапазона.
Работа выполнена в рамках государственного контракта № 07.514.11.4059 от 12 октября 2011 г.
список литературы
1. Fujimoto Y., Nakatsuka M. Optical amplification in bismuth-doped silica glass // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82(19). P. 3325—3326.
2. Dianov E. M. Bi-doped glass optical fibers: is it a new breakthrough in laser materials? // J. Non-Cryst. Solids. 2009. Vol. 355(37—42). P. 1861—1864.
3. Sun H.-T., Sakka Y., Gao H., Miwa Y., Fujii M., Shirahata N., Bai Z., Li J.-G. Ultrabroad near-infrared photoluminescence from Bi5(AlCl4)3 crystal // J. Mater. Chem. 2011. Vol. 21(12). P. 4060—4063.
4. Cao R., Peng M., Wondraczek L., Qiu J. Superbroadband near-to-mid-infrared luminescence from Bi53+ in Bi5(AlCl4)3 // Opt. Express. 2012. Vol. 20(3) P. 2562—2571.
5. Romanov A. N., Fattakhova Z. T., Veber A. A., Usovich O. V., Haula E. V., Korchak V. N., Tsvetkov V. B., Trusov L. A., Kazin P. E., Sulimov V. B. On the origin of near-IR luminescence in Bi-doped materials (II). Subvalent monocation Bi+ and cluster Bi53+ luminescence in AlCl3/ZnCl2/BiCl3 chloride glass // Opt. Express. 2012. Vol. 20(7). P. 7212—7220.
6. Sun H.-T., Sakka Y., Shirahata N., Gao H., Yonezawa T. Experimental and theoretical studies of photoluminescence from Bi82+ and Bi53+ stabilized by [AlCl4]- in molecular crystals // J. Mater. Chem. Accepted Manuscript. 2012.
7. Ohsawa K., Shibata T., Nakamura K., Yoshida S. Fluorozirconate glasses for infrared transmitting optical fibers // Proc. of the 7th European Conf. on Optical Communication (ECOC). Sept. 1981. Copenhagen, Danmark. P. 1.1-1—1.1-4.
Лазерная активная среда на основе фторидного стекла ZBLAN, легированного висмутом 93
Romanov A. N., Haula E. V., Fattakhova Z. T., Veber A. A., Tsvetkov V. B., Zhigunov D. M., Korchak V. N., Sulimov V. B. Near-IR luminescence from subvalent bismuth species in fluoride glass // Opt. Mater. 2011. Vol. 34(1). P. 155—158.
Алексей Николаевич Романов
Елена Валерьевна Хаула Зухра Тимуровна Фаттахова Александр Александрович Вебер Владимир Николаевич Корчак Владимир Борисович Цветков Владимир Борисович Сулимов
Рекомендована
Московским государственным университетом
Сведения об авторах канд. физ.-мат. наук; Научно-исследовательский вычислительный центр Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова; ООО „Димонта"; E-mail: alexey.romanov@list.ru Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, Москва; научный сотрудник; E-mail: akhaula@gmail.com
канд. хим. наук; Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, Москва; E-mail: myb13@post.ru
Институт общей физики РАН, Москва; младший научный сотрудник; E-mail: alexveb@gmail.com
д-р хим. наук, профессор; Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, Москва; E-mail: korchak@chph.ras.ru д-р физ.-мат. наук; Институт общей физики РАН, Москва; E-mail: vb1954@mail.ru
д-р физ.-мат. наук; Научно-исследовательский вычислительный центр Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова; ООО „Димонта"; E-mail: vs@dimonta.com
Поступила в редакцию 02.04.12 г.
