Свинцово-галлатные стёкла, легированные редкоземельными ионами, для применений в лазерах диапазона 2–3 мкм Текст научной статьи по специальности «Физика»

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ

А "ПРОХОРОвСКИЕ НЕДЕЛИ-

Свинцово-галлатные стёкла, легированные редкоземельными ионами, для применений в лазерах диапазона 2-3 мкм

Терехова А.Б.1, Бутенков Д.А.1, Рунина К.И.1, Болдырев К.Н.2

1-Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва

2- Институт спектроскопии Российской академии наук, Троицк, Москва

Е-mail: nastt2001@mail.ru

DOI: 10.24412М-35673-2024-1-134-136

Стёкла на основе оксидов тяжёлых металлов, в частности свинцово-галлатные, обладают рядом уникальных свойств, среди которых наиболее востребованы хорошее пропускание в ближнем и среднем инфракрасных диапазонах (более 5 мкм) [1, 2], большой показатель преломления [3], низкая энергия фононов, химическая стойкость и термическая стабильность [4]. Такие материалы востребованы при создании хирургических лазеров и безопасного для зрения зондирования атмосферы [5, 6].

Стёкла синтезировали по стандартной методике закалки расплава. В качестве исходных реактивов использовали PbO и Ga2Ü3 чистотой не менее 99,9 мас.%. Шихты состава xPbO-(100-x)Ga2O3 (где х = 70-90) выдерживали в печи при температуре 1100 °С в течение 60 минут, затем расплав отливали в стальную форму. Далее проводился отжиг при Tg. Для исследований были изготовлены плоскопараллельные полированные пластины.

Спектры поглощения стёкол в диапазоне 190-2700 нм регистрировали на спектрофотометре JASCO V-770. Спектры поглощения в диапазоне 1,25-27,00 мкм регистрировали на ИК-Фурье-спектрометре Bruker Tensor 27.

На основании полученных спектров (рис. 1) установлено, что лучшим пропусканием (вплоть до 7,5 мкм) обладает образец 70PbO-30Ga2O3. По данным спектроскопии комбинационного рассеяния, максимальная энергия фононов этого состава достигает 650 см-1, что для оксидных стёкол является рекордно низким значением. Именно эта матрица использована для дальнейшего легирования редкоземельными ионами (РЗИ) Er3+, Tm3+, Ho3+.

—,-,-,-,-,-,-,-,-,- и ..................................................................

500 1000 1500 2000 2500 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Длина волны, им Длина волны, нм

Рис. 1. Спектры поглощения свинцово-галлатных стёкол в УФ-ВИД-БИК диапазоне (слева) и среднем ИК-диапазоне (справа).

Спектры люминесценции в среднем ИК-диапазоне регистрировались на 1п8Ь детектор при различных возбуждениях. Полученные спектры люминесценции отображены на рис. 2.

Дпииа волны, НМ длина еолны. нм

Рис. 2. Спектры люминесценции свинцово-галлатных стёкол, легированных ионами: а, б - Ег3+, в - Тш3+, г - Но3+.

При возбуждении на 525 нм стекло, легированное ионами Ег3+ (рис. 2а, б), проявляет полосы люминесценции с максимумами на длине волны около 2 и 2,7 мкм, принадлежащие переходам 4р9/2—41п/2 и 41ц/2—>411з/2, соответственно [6, 7]. При возбуждении

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ

А "ПРОХОРОвСКИЕ НЕДЕЛИ-

этого же образца на 808 нм интенсивность перехода 4Iii/2—>4Ii3/2 снижается, а также незначительно смещается в сторону больших длин волн.

Стекло, активированное ионами Tm3+ (рис. 2в), при возбуждении на 808 нм проявляет пики люминесценции около 1,85 и 2,3 мкм, относящиеся к переходам 3F4^3Hö и 3Щ—33Hs, соответственно [8-10].

Образец, легированный Ho (рис. 2г), при возбуждении на 635 нм демонстрирует типичную для ионов Ho3+ интенсивную полосу люминесценции, принадлежащую переходу 5Ь—5% [5, 11].

В работе синтезированы и исследованы свинцово-галлатные стёкла. Показано, что легирование РЗИ делает их перспективными люминесцентными и лазерными материалами для области спектра 2-3 мкм.

Авторы выражают благодарность научному руководителю, профессору, д.х.н. Петровой О.Б. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.

1. Shelby J.E., J. Am. Ceram. Soc. 1988, 71(5), 254-256.

2. Lapp J.C., Dumbaugh W.H., Powley M.L., Properties and Characteristics of Optical Glass II. 1990, 1327, 162-170.

3. Miyaji F., Tadanaga K., Sakka S., Bulletin of the Institute for Chemical Research. 1992, 69(5-6), 495-510.

4. Shearer A., Hauke B., Montazerian M. et al., Opt. Mater. 2023, X, 100258.

5. Wang N., Cao R., Cai M. et al., Optics & Laser Technology. 2017, 97, 364-369.

6. Zhang J., Wang R., Wang X. et al., J. Lumin. 2021, 238, 118301.

7. Henderson-Sapir O., Jackson S.D., Ottaway D.J., Opt. Lett. 2016, 41(7), 1676-1679.

8. Denker B.I., Dorofeev V.V., Galagan B.I., et al., Appl. Phys. B. 2018, 124, 1-8.

9. Loiko P., Doualan J.L., Guillemot L. et al., J. Lumin. 2020, 225, 117279.

10. Doualan J.L., Girard S., Haquin H. et al., Opt. Mater. 2003, 24(3), 563-574.

11. Shi D.M., Zhang Q.Y., J. Appl. Phys. 2008, 104(12), 123517.