CC BY
20ВКВО-2019- Стендовые
ПОЛУЧЕНИЕ ОСОБО ЧИСТЫХ СТЕКОЛ СИСТЕМЫ Ge - Ga - S(Se), ЛЕГИРОВАННЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ, ДЛЯ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА
Вельмужов А.П., Суханов М.В.
Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород
* E-mail: [email protected]
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16206
Стекла систем Ga - Ge - S и Ga - Ge - Se, легированные редкоземельными элементами (РЗЭ), являются перспективными материалами для создания волоконных лазеров и усилителей среднего ИК-диапазона [1]. Они обладают высокой оптической прозрачностью в спектральной области, соответствующей люминесценции РЗЭ (1-8 мкм); меньшей энергией фононов, по сравнению с оксидными и галогенидными стеклами; относительно высокими температурами стеклования (280-320); низкой токсичностью по сравнению с сульфидно-мышьяковыми стеклами [2]. Основными недостатками этих материалов являются склонность к кристаллизации большинства составов и достаточно высокое содержание оптически-активных примесей. К наиболее характерным примесям для стекол на основе халькогенидов германия и галлия относятся: водород в форме SH- и SeH-групп (максимум поглощения на 3.96 и 4.54 мкм соответственно), молекулярная вода (2.79, 2.86 и 6.16 мкм), OH-группы (2.92 мкм); углерод в форме CO2 (4.33 мкм), COS (4.95 мкм) и CS2 (4.65 мкм); кислород, химически связанный с германием (7.8 мкм) [3]. Склонность к кристаллизации и присутствие поглощающих примесей существенно ухудшают оптические характеристики этих стекол и ограничивают их практическое применение. Задачи поиска оптимальных составов стекол систем Ga - Ge - S и Ga - Ge - Se, по совокупности свойств наиболее подходящих для изготовления волоконных световодов, и снижения содержания в них поглощающих примесей являются актуальными.
Объектами исследования были стекла составов GaxGe41-xSs9 и GaxGe41-xSes9 (x = 1-5), легированные тулием, празеодимом и тербием в концентрационном диапазоне 1-1019 - 1-1020 атсм-3. Стекла получали плавлением компонентов шихты в форме простых особо чистых веществ в вакуумированных кварцевых ампулах при температуре 800°С с последующей закалкой расплава. Для снижения содержания поглощающих примесей халькогены коммерческих марок были дополнительно очищены. Серу подвергали многократной вакуумной дистилляции, совмещенной с химико-термической обработкой паров. Селен плавили с добавкой оксида селена(ГУ) для удаления примеси водорода и углерода и дистиллировали. Загрузку серы и селена в реактор проводили из кварцевых ампул, оснащенных разбивающейся перегородкой, что исключало контакт халькогена с воздухом. Германий предварительно прокаливали в вакууме при 700-750 для удаления примеси оксида германия(ГУ), адсорбированного на поверхности гранул. Были получены образцы стекол диаметром 10 мм и длиной до 60 мм. Содержание примеси водорода в форме SH- и SeH-групп в образцах составило 0.1-0.2 ppm(at). К настоящему времени это лучший результат для стекол на основе халькогенидов германия и галлия. Показано, что добавление галлия в стекла приводит к существенному снижению интенсивности полосы поглощения в области 7.8 мкм, соответствующей примеси кислорода в форме связей Ge-O. Это обусловлено преимущественным связыванием кислорода атомами галлия с образованием связей Ga-O, поглощение которых находится вне области прозрачности стекол (15-18 мкм). Наилучшую стеклообразующую способность среди исследованных составов проявил образец Ga5Ge36S59. Из этого образца впервые был изготовлен бесструктурный волоконный световод.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-29-20079).
Литература
1. Seddon A.B., et al, Opt. Express. 18, 26704-26721 (2010)
2. Heo J.,, Chung W.J., Chalcogenide glasses. Preparation, Properties and Applications, 381-410 (2014)
3. Snopatin G.E., et al, Inorg. Mat. 45, 1439-1460 (2009)
394 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
