CC BY
0НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
А "ПРОХОРОвСКИЕ НЕДЕЛИ-
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Спектроскопия ионов эрбия, тулия и гольмия в новых оксохлоридных свинцово-теллуритных стёклах
Бутенков Д.А.1, Василенкова А.М.1, Бакаева А.В.1, Рунина К.И.1, Veselsky K.23, Loiko P.2, Braud A.2, Camy P.2
1-Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва 2- Centre de Recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP), UMR 6252 CEA-CNRS-ENSICAEN, Université de Caen Normandie
3- Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in
Prague
Е-mail: dabutenkov@gmail.com
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-88-90
Решение ряда практических задач: газовая сенсорика, лазерная хирургия и передача информации в «окнах прозрачности» атмосферы делают актуальными поиск и разработку материалов инфракрасного спектрального диапазона. Легированные редкоземельными ионами стёкла на основе диоксида теллура рассматриваются как перспективные среды для решения вышеупомянутых задач [1]. В представленном исследовании мы изучали спектрально-люминесцентные свойства стёкол PbCh-TeO2, легированных ионами эрбия (Er3+), тулия (Tm3+) и гольмия (Ho3+).
Стёкла синтезировали по традиционной методике закалки расплава. Шихты массой 20 г плавили в корундовых тиглях с крышкой в муфельной печи. После выдержки при 800 °С в течение 30 минут, расплав отливали на стальную плиту. Для спектральных исследований были подготовлены полированные пластинки. Легирование производили замещением части шихты на фториды РЗМ. Мы вводили ReF3 (Re = Er, Tm, Ho) в двух концентрациях: 0,65 и 2 мол.%. Спектры комбинационного рассеяния света регистрировали на спектрометре Bruker Vertex 70 с модулем комбинационного рассеяния RAM II с диапазоном измерений 35000 см-1. Спектры поглощения образцов снимали на спектрофотометрах JASCO V-770 и Bruker Tensor 27 с диапазоном измерения 0,2-27 мкм. Спектры ИК-люминесценции редкоземельных ионов измерялись на двух оптических анализаторах спектра:
¡ЖЙЯЖЙ 22-24 октября 2024 г.
•прохороескиЕ недели-
Yokogawa AQ6375 и AQ6376 с использованием перестраиваемого титан-сапфирового лазера в качестве источника возбуждения, CaF2 линзы и волокна ZrF4 с большим размером сердцевины для сбора света. Кривые затухания люминесценции измерялись с помощью оптического параметрического генератора с наносекундным разрешением (Horizon, Continuum), 1/4 м монохоматора (Oriel 77200), набора InGaAs детекторов и 8 ГГц цифрового осциллографа (DSA70804B, Tektronix).
Введение хлорида свинца в состав теллуритных стёкол приводит к изменению их структуры, что видно в спектрах комбинационного рассеяния (рис. 1(a)). Структурные изменения сопровождаются снижением энергии фононов матрицы и уменьшением скоростей многофононной релаксации ионов-активаторов из возбуждённых состояний. Наименьшей энергией фононов (840 см-1) обладает состав стёкла 50PbCh-50TeO2, который и был выбран в качестве матрицы для легирования РЗМ.
Стёкла проявляют интенсивную люминесценцию в ИК-диапазоне спектра (рис. 1(б-г)). Было зарегестрировано излучение на переходах 4In/2—4I13/2 Er3+ (~2,7 мкм), 3Щ—3H Tm3+ (~2,31 мкм) и 5I7—>5I8 Ho3+ (~2 мкм). Анализ кинетик затухания люминесценции показывает, что времена жизни возбуждённых состояний в стёклах системы PbCh-TeO2 больше, чем в похожих оксидных системах ZnO-La2O3-TeO2, Nb2O5-TeO2 и WO3-TeO2 [1, 2]. Однако, времена жизни меньше чем в чисто галогенидных системах: кристаллах PbF2 и стёклах ZBLAN [3-5].
Таким образом, впервые в мире получена люминесценция в среднем ИК-диапазоне в оксохлоридных аморфных матрицах. На характер затухания люминесценции сильно влияет содержание остаточных ОН-групп в стекле и концентрация легирующей добавки. Анализ спектрально-люминесцентных характеристик позволяет сделать вывод, что синтезированные стёкла перспективны для лазерных применений в области 2^3 мкм.
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Рис. 1. Спектральные характеристики стёкол: а — спектры комбинационного рассеяния; б, в, г - спектры люминесценции.
Авторы выражают благодарность научному руководителю, д.х.н. Петровой О.Б. за постановку научной задачи, помощь в обсуждение результатов и бесконечный заряжающий оптимизм.
Работа выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы УМНИК (договор № 18370ГУ/2023).
1. Denker B.I. et al., J. Ap. Phys. B. 2018, 124, 1-8.
2. Topper B. et al., Opt. Mat. Exp. 2023, 13(10), 2857-2868.
3. Guillemot L., Loiko P. et al., J. Opt. Ex. 2022, 30(18), 31669-31684.
4. Gan H. et al., J. Alloys and Comp. 2021, 865, 158170.
5. Liao J. et al., Crystals. 2021, 11(9), 1024.
