Разработка состава и методов получения активированного Bi модельного стекла на силикатной основе и исследование факторов, влияющих на формирование в нем ИК люминесцирующих центров

• Автор: Шульман, Илья Леонидович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Спектрально-люминесцентные свойства висмут-содержащих стекол и влияние на них различных добавок и условий синтеза

1.1.1 Спектрально-люминесцентные свойства

1.1.2 Обсуждение роли алюминия

1.1.3 Влияние не окислительно-восстановительных добавок

1.1.4 Влияние добавок окислителей и восстановителей, а также условий синтеза

1.2. Лазерная генерация и усиление

1.2.1. On/Off усиление

1.2.2. Лазерная генерация

1.3. Гипотезы о природе центров ИК люминесценции в висмут-содержащих стеклах
1.3.1. Ионы Bi5+
1.3.2. Ионы ВҐ
1.3.3. Нейтральные атомы Ві°
1.3.4. Заряженные кластеры висмута
1.4. Выводы к Главе
Глава 2. Выбор состава модельного стекла
2.1. Методики синтеза силикатных образцов стекол группы
2.2. Спектрально-люминесцентные свойства выбранных систем оксидов группы
2.3. Методики синтеза силикатных образцов стекол группы
2.4. Спектрально-люминесцентные свойства выбранных систем оксидов группы
2.5. Выбор состава силикатного стекла
Глава 3. Методики синтеза исследуемых образцов
3.1. Методика 1. Одновременный синтез нескольких образцов
3.2. Методика 2. Синтез температурной серии
3.3. Методика 3. Синтез серии образцов при варьировании парциального давления кислорода в камере
3.4. Методика 4. Синтез образцов в lr тиглях
3.5.Методика 5. Синтез образцов, солегированных ионами Fe3*
3.6. Методика 6. Синтез серии образцов, солегированных ионами Се4+
Глава 4. Влияние технологических условий синтеза Ві-содержащего MgO-AhOj-SiCb стекла на спектрально-люминесцентные свойства. Экспериментальные результаты
4.1. Влияние температуры синтеза стекла
4.2. Влияние парциального давления кислорода
4.3. Влияние условий синтеза на оптические потери в области ИК люминесценции (1 ООО — 1300 нм)
4.4. Исследование оптических потерь в образцах, солегированных ионами Ре3*
4.5. Исследование оптических потерь в образцах, солегированных ионами Се4+
4.6. Выводы к Главе
Глава 5. Влияние концентрации висмута на спектрально-люминесцентные свойства модельного стекла
5.1. Контроль содержания В|3* в готовых образцах
5.2. Концентрационные зависимости поглощения и интенсивности ИК люминесценции..
5.3. Определение заряда Т
5.4. Определение концентрации ИК люминесцирующих центров
5.4.1. Определение сечения поглощения висмутовых ИК люминесцирующих центров.

5.4.2. Оценка концентрации ИК люминесцирующих центров
5.5. Зависимость квантового выхода ИК люминесценции от концентрации В120з
5.6. Выводы к Главе
Глава 6. Воздействие ионизирующего излучения на легированное висмутом стекло.

6.1. Выбор состава фосфатного стекла и методика его синтеза
6.2. Методика синтеза образцов алюмоборфосфатного состава
6.3. Спектрально-люминесцентные свойства синтезированного фосфатного стекла, легированного висмутом
6.4. Пропускание тока через расплав алюмофосфатного стекла
6.5. Облучение и подготовка образцов к исследованию
6.6. Спектрально-люминесцентные свойства облученных образцов
6.6.1. Спектры пропускания образцов
6.6.2. Спектры люминесценции
6.6.3. Кинетика ИК люминесценции
6.6.4. Спектры возбуждения ИК люминесценции
6.7. Термическая стабильность наведенных ИК люминесцирующих центров
6.8. Формирование ИК люминесцирующих висмутовых центров в магний алюмосиликатном стекле под воздействием ионизирующего излучения
6.9. Выводы к Главе
Выводы
Список литературы
Введение.
Первые публикации, констатировавшие возникновение поглощения в видимой области спектра ряда стекол при введении в них висмута и зависевшего сложным образом от условий синтеза, появились уже достаточно давно (см. например, [1]). Интерес лазерных специалистов к легированным висмутом материалам возник в 2001 г., когда японскими исследователями [2] было обращено внимание на то, что наряду с характерными полосами поглощения в видимой и ближней ИК областях спектра в алюмокварцевом стекле, содержащем висмут, может наблюдаться широкополосная люминесценция в весьма привлекательной для целого ряда практических применений спектральной области ~ 1000 - 1600 нм. Интерес к исследованиям люминесцирующих висмут-содержащих стекол значительно возрос после публикаций [3,4]. В [3] в образце кварцевого стекла с добавками оксидов висмута и алюминия был получен эффект on/off усиления излучения на длине волны 1300 нм при накачке на 800 нм. В [4] впервые сообщалось о получении перестраиваемой (в области 1.15 - 1.3 мкм) лазерной генерации (причем с достаточно высоким КПД, достигающим 30%, и мощностью 460 мВт на длине волны 1146 нм) в изготовленном методом MCVD кварцевом волоконном световоде с сердцевиной, легированной алюминием и висмутом. Обращает на себя внимание тот факт, что концентрация висмута в генерирующем волокне была чрезвычайно мала (на уровне тысячных долей процента) и длина активного волокна составляла порядка 80 м. Получить же генерацию при значительно больших концентрациях висмута на обладающих похожими люминесцентными свойствами волокнах и тем более в объемных образцах до сих пор так и не удалось.
Появление этих работ стимулировало развитие исследований широкополосной инфракрасной люминесценции в висмут-содержащих стеклах различных составов. Было обнаружено, что весьма похожими люминесцентными свойствами обладают не только силикатные, но и
2.3. Методики синтеза силикатных образцов стекол группы 2.
Методика синтеза образцов из этой группы систем оксидов аналогична
той, что использовалась для синтеза образцов из группы 1. Главным отличием является использование кварцевых тиглей вместо корундовых, что было сделано для предотвращения попадания алюминия в состав стекла.
Предварительные эксперименты по плавлению систем с Оа показали, что образцы из системы Mg0-Ga20з-Si02 зарухают после синтеза, а образцы с Са, Бг или Ва получаются невысокого оптического качества из-за наличия большого количества свилей. Вследствие большой разницы КТР кварца и этих стекол, при остывании они сильно растрескиваются, что не позволяет по такой методике получать относительно крупные объемные образцы. В отличие от них, образцы из систем МО-А12Оз-8Ю2, синтезированные в корундовых тиглях, получались лучшего оптического качества (что видно из спектров потерь), а меньшая разница в КТР стела и тигля позволяла получать более крупные образцы.
2.4. Спектрально-люминесцентные свойства выбранных систем оксидов группы 2.
На рисунке 2.6 приведены спектры оптических потерь образцов этой серии, а также, для сравнения, приведен спектр потерь образца из системы М§0-А12Оз-8Ю2.