Борогерманатные стекла с высоким содержанием оксидов редкоземельных элементов

• Автор: Савинков, Виталий Иванович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. О возможной адаптации методов варки и выработки

лазерных фосфатных стекол к германатным системам

1.1.1. Выбор модельного стекла н базовой технологии для синтеза борогерманатных стекол, активированных ионами редкоземельных элементов

1.1.2. Технологическая схема получения лазерного фосфатного стекла

1.1.3. Требования к лазерным фосфатным стеклам

1.1.4. Лучевая прочность и причины разрушения лазерных стекол

1.2. Лазерные стекла прозрачные в ИКобласти на основе новых

стеклообразующих систем

1.3. Стекла на основе диоксида германия. Их возможные
применения в лазерной технике и оптоэлектронике
1.3.1. Преимущества германатных и борогерманатных стекол при использовании их в оптоэлектронике
1.3.2. Стеклообразование, структура и свойства стекол двойных систем, содержащих В3, с и Ьа
1.3.3. Стеклообразование и свойства стекол тройной системы Т а 2 ОзВ 2 Оз Се
1.4. Стеклообразные материалы с магнитооптической
активностью
1.5. Заключение
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Варка стекол в лабораторной печи в тиглях малого объема
2.2. Варка модельного фосфатного стекла на лабораторной
технологической линии
2.3. Методы исследования структуры и свойств стекол
2.3.1. Дифференциальнотермический анализ ДТА
2.3.2. Рентгенофазовый анализ РФА
2.3.3. Измерение двойного лучепреломленш и определение
категории оптической однородности стекла
2.3.4. Измерения показателя преломления и дисперсии
2.3.5. Спектры пропускания и поглощения
2.3.6. Спектры люминесценции
2.3.7. Спектры комбинационного рассеяния КР
2.3.8. ИК диэлектрическая спектроскопия
2.3.9. Измерение угла поворота плоскости поляризации эффект Фарадея
3. Результаты эксперимента и их обсуждение
3.1. Фосфатное лазерное стекло, активированное неодимом модельное стекло для разработки германатных стекол оптического качества
3.2. Борогерманатные стекла стехиометрического состава 5 стилвеллита ЬпВСе ЬпЬа, вш, ТЬ, Ег, УЬ
3.3. Норогерманатное стекло с ионами 8т3 поглощающее на 8 длинах волн излучения лазера, активированного 3
3.4. Борогерманатные стекла, содержащие оксид тербия с 3 высокой магнитооптической активностью
3.5. Физикохимические и спектральнолюминесцентные 8 свойства борогерманатных стекол, активированных ионами Ег3, УЬ3 и соактнвированных Ег3 и УЬ3
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Высокая агрессивность расплава обусловливает двухстадийную варку стекла - на первой стадии варка фритты из жидкой шихты в кварцевом сосуде, а затем перевар боя стекла в платиновом , сосуде со всеми сопутствующими операциями, в том числе и барботирование расплава кислородом []. Фосфатные стекла имеют меньшую связанность анионного мотива, чем силикатные стекла при одинаковом содержании катиона -модификатора. Соответственно фосфатные стекла имеют меньшую микротвердость, меньший модуль упругости, больший КТЛР и более низкие температуры размягчения, чем силикатные и предположительно германатные []. Стекла с островными анионными группировками легко кристаллизуются, поэтому устойчивые стекла в фосфатных системах без признаков кристаллизации образуются в области мета-(содержание Р2О5 < мол. Р2О5 > мол. Юнга стекла. Барботаж расплавов стекла кислородом обусловлен необходимостью удаления ОН-групп - как одной из главной тушащей люминесценцию примеси. ErJ+ с рабочей длинной волны излучения 1, мкм, т. ОН-групп [5,6]. Более того, для таких стекол возможно проведение предварительно операции дейтерирования -насыщения расплава тяжелой водой, а уже после этого обезвоживание расплава сухим кислородом. В такой последовательности эффективность удаления воды из расплавов возрастает [7,8J. Квантовый выход и время затухания люминесценции неодима в фосфатных стеклах сильно зависит от условий синтеза и может изменяться в несколько раз в зависимости от содержания в стекле тушащих примесей -металлов редкоземельной группы (La, Рг, Sm и др. Си, Fe, V, Ni, Со) и главным образом групп ОН. В результате обезвоживания происходит перевод возможных включений металлической платины в ионное состояние и смещение окислительно-восстановительного равновесия Fe2+-«-*Fe3+ в сторону ионов Fe3'. Относительно изучения влияния примесей на значение коэффициента неактивного поглощения (КНП) в лазерных стеклах проведено ряд работ [3, 7, 8, ], в которых было установлено, что основной вклад в КНП вносят ионы Си2+ и Fe2+, максимумы полос поглощения которых в фосфатном стекле расположены при 0 и нм, соответственно. Поэтому учитывать окислительно-восстановительные условия на разных стадиях варки крайне важно для получения минимальных значений КНП. Фосфатные стекла имеют более узкие полосы люминесценции и более короткое время люминесценции по отношению к силикатным и боратным стеклам, что позволяет получать низкие пороги генерации и высокий КПД (более %) [3, 7]. Меньший коэффициент нелинейного показателя преломления, более высокое сечение индуцированного излучения, узкий спектр люминесценции, хорошие термооптические свойства - являются теми преимуществами фосфатных стекол по отношению к иными стеклообразующими системами, которые ставят их вне всякой конкуренции при использовании в мощных системах для усиления сверхкоротких импульсов []. Очевидно, лазерные системы управления термоядерным синтезом будут реализованы исключительно с использованием фосфатного лазерного стекла, активированного ионами М3'* в качестве активных элементов больших размеров. В отличие от силикатных и боратных стекол в фосфатных стеклах процесс сегрегации ионов редкоземельных элементов выражены в меньшей степени [8]. Какова сегрегация ионов РЗЭ в германатных стеклах - вопрос, открытый на сегодняшний день. Низкая степень кластеризации дает возможность увеличить концентрацию РЗЭ без заметного концентрационного тушения люминесценции [7]. Данное обстоятельство выступает весьма важным фактором для создания волоконных усилителей, активированных ионами редкоземельных элементов, поскольку концентрация ионов активатора (в частности ионов эрбия) в сердцевине оптического волокна фактически определяет его длину, используемую в усилителе при заданных уровнях сигнала и накачки. Однако, на сегодняшний день технология вытяжки оптических волокон из фосфатных стекол пока еще несовершенна, что сдерживает их использование для волоконных усилителей [3]. Лазерный эффект на пленках из фосфатного стекла пока не получен. Отрицательным качеством фосфатных стекол является низкая химическая стойкость.