Синтез и оптические свойства висмутсодержащих оксидных и хлоридных материалов, люминесцирующих в ИК области

• Автор: Усович, Ольга Вадимовна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание
1. Введение

2. Обзор литературы

2.1. Люминесценция в волоконной оптике

2.2. Оксиды и галогениды висмута

2.2.1. Оксиды висмута

2.2.2. Галогениды висмута

2.2.3. Оксохлориды висмута

2.2.4. Сложные висмутсодержащие оксиды

2.2.5. Люминесценция соединений висмута

2.3. Люминесценция Ві-содержащих материалов в ИК области

2.3.1. Аморфные материалы
2.3.1.1. Стекла на основе оксида кремния
2.3.1.2. Стекла на основе оксида бора
2.3.1.3. Стекла на основе оксида германия
2.3.1.4. Стекла на основе оксида фосфора
2.3.2. Кристаллические висмутсодержащие материалы
2.3.2.1. Цеолиты
2.3.2.2. Хлориды висмута
2.4. О природе люминесценции Ві-содержащих материалов
2.4.1. Ві5+, Ві3+
2.4.2. Ві2+
2.4.3. ВҐ
2.4.4. Димеры и кластеры
3. Экспериментальная часть
3.3. Синтез материалов
3.4. Методы исследования
4. Обсуждение результатов
4.1. Стекла на основе оксида бора
4.2. Стекла на основе оксида германия
4.3. Стекла на основе оксида кремния
4.4. Цинк-фосфатные стекла
4.5. Хлоридное стекло
4.6. Хлоридные поликристаллические материалы

5. Выводы
6. Список литературы
7. Благодарности

1. Введение
Современные оптоволоконные линии связи позволяют осуществлять передачу данных, используя в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение ближнего инфракрасного диапазона. Такие линии обеспечивают достаточно быструю и безопасную трансляцию информации на большие расстояния. Диапазон длин волн, в котором осуществляется передача данных, диктуется физическими свойствами кварцевого стекловолокна, а именно, окнами прозрачности, в которых сигнал может передаваться с минимальными потерями и минимальным искажением. По этой причине востребованной оказывается разработка генераторов и усилителей оптического сигнала, работающих в области 1300 нм [1-2], что соответствует второму окну прозрачности кварцевого стекловолокна. Используемые сегодня в этом диапазоне длин волн лазеры на основе полупроводниковых диодов обладают малой мощностью (менее 0,5 Вт), недостаточной для требуемого усиления оптического сигнала, поэтому существует потребность в новых материалах, которые позволили бы создать волоконные лазеры и усилители, эффективно работающие в этой области.
В 1999 году впервые была обнаружена широкополосная люминесценция в ИК области у алюмосиликатного стекла, легированного висмутом [3-4], а позднее и в висмутсодержащих стеклообразных и кристаллических материалах на основе оксидов бора, германия, фосфора [5-9]. Все они характеризуются полосой испускания 1100 - 1600 нм и долгим временем жизни люминесценции (1-600 мкс при комнатной температуре), что делает перспективным их применение в качестве активных сред в лазерах и усилителях.
Активные висмутсодержащие центры (далее также АВЦ), ответственные за люминесценцию, формируются, как правило, при высоких температурах и могут быть стабилизированы в закаленном расплаве или в решётке кристалла с подходящими параметрами. Характер подобной люминесценции сильно отличен от ранее известной для образцов, допированных ионами В13+, и зависит от матрицы, условий синтеза, энергии возбуждения. Существует ряд предположений касательно структуры АВЦ, однако, ни одно из них не было достоверно подтверждено к настоящему моменту. ]. В то же самое время понимание химической природы активных центров и механизмов их люминесценции позволило бы осуществлять контролируемый синтез материалов для создания эффективных активных сред.
Таким образом, как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения, отсутствие данных о модели висмутсодержащих люминесцирующих центров, закономерностей появления и исчезновения люминесценции, а также факторов,
влияющих на неё, определяет актуальность работы.

Длина волны (нм)
Рис. 22. Спектры возбуждения и люминесценции ВаИг: В1 (лсхс =500, 700, 808 нм, л.ет = 1070, 1280, 1500 нм).

1.0Х
5.0x

a Xej(=478nm h ^ =273nm ехл 1.2x10е
/ Время вН2
f 1: и 8.0x10s
\ ’4 Ш

/\ 4.0х
1 0.

900 1200 1500500 600 700
Длина волны (нм)
Рис. 23. Спектры люминесценции кристалла Ва2 2.4. О природе люминесценции Bi-содержащих материалов
Несмотря на большой интерес ученых к данной тематике, единое мнение о природе висмутовых центров еще нет. Ниже приведены наиболее распространенные гипотезы.