2. Второй шаг обработки данных.
Вторым шагом является выделение отдельных линий из КР спектра стекла. Приведенные спектры нормируются на общую площадь под каждым спектром. После этого в каждом спектре выделяются отдельные линии, основываясь на предыдущих исследованиях КР спектров Ga и Ge содержащих сульфидных стекол. Низкочастотные КР спектры (0-500 см-1) имеют в первом приближении гауссо-подобную форму линий. На рис. 3 представлен пример разложения Рамановского спектра на отдельные линии с использованием гауссовского приближения в стекле системы Ga-Ge-S.
Р
ис.
3. Разделение
КР спектров на отдельные линии в стекле
системы Ga-Ge-S.
Примеры лабораторных исследований Свойства халькогенидных стекол.
Первые стекла на основе мышьяка и серы были получены еще в начале XX века. Позднее были синтезированы и другие стеклообразные системы, например, на основе мышьяка, галлия или германия с добавлением одного или более халькогена (серы, селена, теллура), или стекла, образованные только халькогенами, или халькогенами вместе с галогенами при отсутствии других элементов. Образовавшийся класс стеклообразных систем на основе халькогенов получил название халькогенидные стекла (ХГС). Оказалось, что стекла этого состава, имеют большую область стеклообразования и хорошие физико-химические и оптические свойства. В настоящее время ХГС считаются достаточно хорошо изученными: определены области стеклообразования большого количества стеклообразных систем, исследованы их химические, физические и оптические свойства, отработаны методики синтеза. Кроме того, в 1955 году Коломийцем Б.П. и Горюновой Н.А. были обнаружены полупроводниковые свойства ХГС.
Относительная легкость синтеза ХГС и их хорошие оптические свойства (прозрачность в видимом и ИК диапазонах), сделали ХГС привлекательной основой для легирования редкоземельными элементами. На базе ХГС, легированных, например Er, Dy, Pr, Nd и др., разрабатываются визуализаторы ИК излучения, волоконные световоды, планарные волноводы, волоконно-оптические усилители и т.д. Интерес к ХГС с точки зрения их использования в качестве основы для редкоземельных ионов (РЗИ) обусловлен отсутствием в их колебательном спектре, в отличие от большинства лазерных материалов, высокоэнергетических фононов, что обеспечивает низкую вероятность безызлучательной релаксации ионов лантаноидов. Энергия максимального фонона для ХГС разных систем находится в пределах 150 - 400 см-1, в то время как для поликристаллических основ эта величина составляет 500 – 1000 см-1, для оксидных стекол - 800 см-1. Еще одним важным свойством халькогенидных стекол является высокий показатель преломления, n=2.4, благодаря чему увеличиваются сечения поглощения и излучения РЗИ. Кроме того, ХГС прозрачны в видимой и ИК области (0.5 – 12 мкм) и сохраняют стеклообразующую способность при введении больших концентраций РЗИ. Высокая температурная и химическая стойкость ХГС позволяет использовать ХГС так же для изготовления волокон и пленок на их основе.
Выбор ХГС основан на требованиях, предъявляемым к следующим параметрам основы:
положение оптического края поглощения;
значение энергии фононов;
стеклообразующие свойства матрицы.
Положение оптического края поглощения определяется составом стекла и режимом его синтеза. Смещение оптического края в сторону ИК области связано с образованием дополнительных связей металл-металл. При высоких температурах синтеза вероятность образования металлических связей увеличивается.
Введение в состав стекла более тяжелых элементов приводит к уменьшению энергии фононов. Использование селена или теллура в качестве халькогена вместо серы позволяет уменьшить энергию максимального фонона до 150 см-1.
Стеклообразующие свойства матрицы имеют принципиальное значение при синтезе ХГС, легированных РЗИ. Известно, что редкоземельные ионы и соединения на их основе склонны к образованию кластеров при введении в сетку стекла. Это приводит к увеличению концентрационного тушения люминесценции РЗИ. Введение дополнительных соединений в состав стекла или использование многокомпонентных стекол позволяет значительно понизить кластерообразование.
Халькогенидная система Ga-Ge-S стала объектом наших исследований, поскольку она обладает более коротковолновым краем фундаментального поглощения по сравнению с другими халькогенидными стеклообразными материалами и сохраняет стеклообразующую способность при введении значительных количеств халькогенидов РЗИ.