CC BY
12DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-50-51
ВЛИЯНИЕ ТАНТАЛА НА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ СТЁКОЛ, ЛЕГИРОВАННЫХ
ВИСМУТОМ
12* 1 12 1 1 Пластинин Е.А. ' , ИсхаковаЛ.Д. , Вельмискин В.В. ' , Харахордин А.В. , ФирстовС.В. '
Семенов С.Л.1
'Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН,
г. Москва
2Московский физико-тхнический институт (национальный исследовательский университет), г. Долгопрудный
E-mail: plastinin. evgeny@gmail. com
Первые висмутовые волоконные световоды были изготовлены в 2005 году. [1] С этого момента они рассматриваются для создания усилителей в широкой области ближнего ИК-диапазона, включая 1150-1500 нм и 1625-1775 нм, где отсутствуют волоконные усилители на основе редкоземельных элементов. С тех пор были созданы висмутовые световоды с различной матрицей стекла, на основе которых были сделаны усилители для длин волн 1320, 1430 и 1700 нм. [2-6]
Однако помимо значительного прогресса в области разработки висмутовых световодов, существует ряд нерешенных проблем, ограничивающих их активное использование для практических целей. Одной из таких проблем является кластеризация атомов висмута в стеклянной матрице, в результате которой происходит тушение люминесценции и рост оптических потерь. Поэтому для лазерных применений в настоящее время используются слабоконцентрированные (Bi<0.02 ат.%) световоды. Сейчас проводятся поисковые исследования по способам реализации лазерно-активных световодов с максимально возможной концентрацией висмута.
В ряде работ была рассмотрена возможность улучшения люминесцентных свойств висмутовых активных центров (ВАЦ) в германатных стёклах с помощью солегирования танталом. [7-8] При концентрациях тантала до 6 мол.% наблюдалось уширение полосы ИК-люминесценции висмута, а также увеличение её интенсивности. По мнению авторов, тантал выступает в качестве стеклообразователя и способствует лучшему растворению атомов висмута в сетке стекла, что существенно снижает процессы диссипации энергии возбуждения из-за безызлучательного переноса.
В данной работе проведено изучение влияния солегирования тантала на висмутовые активные центры в алюмосиликатном стекле. Для этого были приготовлены образцы на основе нанопористых стёкол, пропитанных водным раствором Bi(NO3)3 и этиловым раствором TaCl5. [9] Для этого была разработана многоэтапная технология пропитки пористых стёкол различными растворами.
Были изготовлены образцы с висмутом, а также с висмутом и танталом. С помощью оптического спектрофлюориметра Edinburgh Instruments FLSP920 были изучены люминесцентные свойства полученных объёмных образцов, в частности, были построены карты люминесценции и измерены времена жизни люминесценции в наблюдаемых полосах люминесценции. Как и ожидалось, наблюдается интенсивные полосы люминесценции с максимумами в области 1.15 мкм. Форма и спектральное положение наблюдаемых полос люминесценции соответствует ВАЦ, ассоциированным с Al. Атомы алюминия содержались в пористой стеклянной матрице и дополнительного введения их не проводилось. При добавлении тантала в стекла с висмутом новых центров люминесценции не обнаружено, но наблюдался эффект увеличения интенсивности люминесценции, особенно, висмутовых активных центров, ассоциированных с алюминием.
50
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021»
www.fotonexpres.ru
fotonexpress@mail.ru
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Длина волны люминесценции, нч Длин» волны люминесценции, нм
а) б)
Рис.1 Зависимость интенсивности люминесценции от длин волн возбуждения и люминесценции в объёмном образце алюмосиликатного стекла, легированного: а) висмутом; б) висмутом и танталом
На основе пористых стёкол с висмутом и танталом был изготовлен световод, имеющий фторированную оболочку (вокруг сердцевины) для обеспечения распространения света по активной сердцевине с показателем преломления близким к чистому кварцевому стеклу. Были исследованы люминесцентные и абсорбционные свойства полученного световода. Проведен сравнительный анализ свойств разработанного световода с результатами, полученными ранее в работе [10].
Эффект влияния атомов тантала на люминесценцию ВАЦ требует дальнейшего изучения и может стать ключом к решению проблемы кластеризации атомов висмута при достаточно высоких концентрациях.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-3290033.
Литература
1. Dianov E.M. et al, Quantum Electron. 35, 1083 (2005)
2. Melkumov M.A. et al, Opt. Lett., 36, 2408 (2011)
3. Dianov E.M., J. Lightwave Technology, 31, 681 (2013)
4. Bufetov I.A. et al, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 20, 0903815 (2014)
5. Firstov S. V. et al, Opt. Lett., 39, 6927 (2014)
6. Firstov, S. V. et al, Sci Rep, 10, 11347 (2020)
7. Peng M. et al, Opt. Lett. 30, 2433-2435 (2005)
8. Zhao Y. et al, J. Mater. Chem. C, 2, 7830-7835 (2014)
9. Iskhakova L.D. et al., J. Non-Cryst. Solids, 503-504, 28-35 (2019)
10. Dianov E.M. et al, Quantum Electron. 48, 658 (2018)
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 51
