Санкт-Петербургский государственный университет

Химический факультет

Кафедра лазерной химии

Маньшина А.А. Поволоцкий А.В.

Люминесцентные свойства халькогенидных стекол стехиометрического и нестехиометрического составов, легированных редкоземельными элементами.

Методическое пособие для лабораторного практикума

Санкт-Петербург

2006

Введение

Последнее десятилетие отмечается значительным интересом ученых к исследованию стеклообразного состояния вещества, что в основном обусловлено выявлением новых перспективных областей практического применения стекол. Среди обширного класса стеклообразных материалов интересными и перспективными в практическом отношении являются халькогенидные стёкла, активированные ионами редкоземельных элементов (РЗЭ).

Работы по исследованию халькогенидных стеклообразных систем, активированных ионами РЗЭ, ведутся на протяжении уже достаточно длительного времени. Интерес к ним связан с широкими возможностями практического использования данных материалов в устройствах интегральной и волоконной оптики. Благодаря высокому значению показателя преломления на основе ХГС могут быть изготовлены линзы с малой толщиной и кривизной поверхности. Кроме того, относительная легкость изготовления ХГС и их оптические свойства (прозрачность в видимой и ИК-диапазонах, высокий показатель преломления, низкая энергия фононов), сделали ХГС привлекательной основой для легирования редкоземельными элементами. На базе ХГС, легированных, например Nd³⁺, Er³⁺ разрабатываются волоконно-оптические усилители, волоконно-оптические лазеры и т.д. Возможность введения в ХГС редкоземельных элементов обуславливает практический интерес к ХГС как к материалам, люминесцирующим в инфракрасной области спектра. Именно поэтому, в последнее время чрезвычайно активизировались работы по исследованию редких земель в полупроводниковых матрицах различной природы. Глобальная задача, которую пытаются решить в результате таких исследований – получение генерации лазеров на основе активированных полупроводников на оптических переходах редкоземельного иона.

Оптические свойства хгс

Первые стёкла на основе мышьяка и серы были получены ещё в начале XX века. Позднее были синтезированы и более сложные стеклообразные системы. Класс стеклообразных систем на основе халькогенов (серы, селена, теллура) получил название – халькогенидные стёкла (ХГС). ХГС образованны при объединении халькогена с одним или несколькими элементами As, Ge, Ga, и др. Несмотря на то, что в настоящее время ХГС считаются достаточно хорошо изученными (определены области стеклообразования, исследованы их физико-химические и оптические свойства, отработаны методики синтеза) интерес исследователей к ХГС не уменьшается именно благодаря возможности изменения в широких пределах их параметров. Халькогенидные стёкла обладают определенными оптическими свойствами, которые делают их привлекательными с точки зрения практического использования.

• Низкая энергия фононов (400 см^-1), характерная для ХГС обеспечивает низкую вероятность многофононной безызлучательной релаксации редкоземельных ионов [1-5].

• Широкая область прозрачности (от видимой до ИК области) позволяет использовать ХГС в качестве оптических материалов для среднего и дальнего ИК диапазонов. Изменением состава ХГС можно добиться значительного смещения границ области прозрачности [6].

• Халькогенидные стёкла сохраняют стеклообразующую способность при введении больших концентраций РЗИ [6, 7].

• Высокая температурная и химическая стойкость, позволяет использовать ХГС для изготовления волокон и плёнок [1-5].

• ХГС обладают полупроводниковыми свойствами: фотопроводимостью, полупроводниковой проводимостью, наблюдается фотолюминесценция [1-5].

• Высокий показатель преломления обеспечивает большую вероятность излучательного перехода РЗИ в ХГС.

• ХГС характеризуются высоким коэффициентом нелинейности третьего порядка, что позволяет создавать на их основе высокоскоростные оптические затворы, модуляторы.