книги из ГПНТБ / Маргарян, А. А. Спектроскопия активированных фторобериллатных стекол

Настоящая монография является первой попыткой в научной литературе представить результаты спектроскопии активированных стекол, синтезированных на основе фтористого бериллия.

Е< квантовой оптике большой практический интерес представляют изотропные стеклообразные матрицы, активированные переходными и редкоземельными элементами.

Изучение спектроскопии таких классов стекол, как фтороберил-

Стекла в современной лазерной технике являются одним из лучших материалов, обеспечивающих получение высокого к. п. д., нанлучшую направленность излучения н наибольшую энергию по сравнению со всеми другими генераторами, работающими в импульс­ ном режиме.

В монографии широко освещаются результаты спектроскопии (поглощение, люминесценция, ЭПР, гамма-устойчивость), дающие большую информацию о пригодности активатора или основы для оптических квантовых генераторов.

Книга предназначена для физиков, физико-хнмнков стекла, а также специалистов, работающих в области спектроскопии твердого тела и квантовой электроники.

(С) Академия наук Армянской ССР Институт общей и неорганической химии

9.Спектроскопические исследования фторобериллатных стекол, активированных фтородами редкоземельных элемен­

3

Памяти профессора К. С. Евстропьева посвящаем

1.В В Е Д Е Н И Е

Фторобериллатиые кроны— эта группа новых бес­ кислородных стекол, исследование которых .представ­ ляет значительный научный интерес.

В состав фторобериллатных кронов входит, в боль­ шинстве случаев, фтористый бериллий, который явля­ ется стеклообразователем таких типов стекол.

Фторобериллатиые кроны характеризуются наиболь­ шими значениями коэффициента дисперсии v = 80 —105

В отличие от обычно применяющихся оптических стекол, фторобериллатиые стекла обладают значитель­ ным пропусканием в широком интервале частот, осо­ бенно в ультрафиолетовой области спектра. Благодаря этому фторобериллатиые стекла являются перспектив­ ными материалами в ультрафиолетовой и инфракрас­ ной оптике.

В настоящее время природные и искусственные мо­ нокристаллы используются как материалы, прозрачные в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Однако из-за отсутствия достаточных место­ рождений естественных кристаллов, особой сложности технологического процесса выращивания искусствен­ ных монокристаллов, ограниченности ассортимента их и невозможности управлять их оптическими постоянны­ ми, задача изыскания новых оптических материалов, более доступных и способных в некоторых случаях за­ менить монокристаллы, является весьма актуальной. В этом смысле ценны и перспективны оптические фторобернллатные стекла.

Другой важной особенностью фторобериллатных

5

стекол является их высокая устойчивость к различным фторирующим агентам: плавиковой кислоте, растворам ее солей и к парам фтора.

Интересные закономерности обнаруживаются при изучении электрических свойств фторобариллатных сте­ кол, так как они являются пока единственным классом стекол с анионным характером проводимости.

Фтороберпллатные стекла обладают более высокой устойчивостью к жестким излучениям по сравнению с силикатными стеклами. Это позволяет получать устой­ чивые ультрафиолетовые светофильтры, работающие ■при высоких частотах спектра.

В связи с созданием оптических квантовых генера­ торов (ОКГ). особый интерес представляют фторобе­ рпллатные стекла. Они являются новыми и мало ис­ следованными оптическими средами в этой области. Интересными являются спектры поглощения, люминес­ ценции и ЭПР при переходе от кислородных стекол к фтороберпллатпым.

Благодаря высокой прозрачности в ультрафиолето­ вой, видимой и инфракрасной областях спектра стано­ вится возможным проследить все липни поглощения и люминесценции активатора во фторобериллатной мат­ рице.

Кроме того, фтороберпллатные стекла представля­ ют интерес как объект для исследования, отличающий­ ся в структурно-химическом отношении от обычных кис­ лородных стекол.

Сильная склонность к кристаллизации, недостаточ­ ная влагоустойчивость и токсичность фтористого берил­ лия значительно усложняют проведение исследования фторобернллатных стекол. Необходимо напомнить, что одной из сложных •проблем является получение боль­ ших и однородных блоков фторобернллатных стекол.

Однако, несмотря на это, интерес к фторобериллатным стеклам все возрастает. Разностороннее изучение фторобернллатных стекол в настоящее время является одной из важных проблем в области создания новых оптических материалов.

В СССР в Государственном оптическом институте им. С. И. Вавилова после войны начаты обширные ис­ следования различных свойств фторобернллатных сте­ кол, которые продолжаются до настоящего времени.

6

Особое место занимают исследования фторобериллатных стекол, проведенные на кафедре технологии стек­ ла и ситаллов Ленинградского технологического инсти­ тута нм. Ленсовета. Здесь получены богатые данные по изучению оптических свойств фторобериллатиых сте­ кол и исследованию их устойчивости к плавиковой кис­ лоте.

В настоящей книге представлен целый ряд новых материалов в области спектроскопии активированных фторобериллатиых стекол, которые получены самими авторами и другими исследователями за последние годы.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ФТОРИДНЫХ СТЕКОЛ

Фторидиые стекла подразделяются на следующие группы:

I. Группа фторобериллатиых стекол, где стеклообразующим компонентом является фтористый берил­ лий.

II. Группа фторндных стекол, не содержащих фтори­ стый бериллий. В этой группе стекол стеклообразующпм компонентом является PbF2 и A1F3.

III.Группа фтороксндных стекол. Эти стекла подраз­ деляются па следующие подгруппы:

7.

3. СОСТАВЫ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ФТОРОБЕРИЛЛАТНЫХ Стек о л (i г р у п п а )

К 'систематическому изучению фторидных стекол впервые приступил Гейне [I], исследовавший стеклообразование в двойных, тройных и некоторых четверных системах. Бинарные щелочиоземелыно-'бериллибвые фторидные стекла получить 'было трудно из-за высокой склонности к кристаллизации, но, вводя добавки KF и N aF, удалось получить прозрачные стекла, примером

которых являются:

1.BeF3—60, KF—25 и MgF3—15 мол%

2.BeF3—64, KF—24 и CaF„— 12 мол%

3.BeF„—68, KF— 19 и CaF3—13 мол%

Гейне синтезировал также стекла, содержащие

й1F-j.

1.BeF3—42, KF—33 и A1F,—25 мол%

2. B eF —34, KF—29, NaF—27 и A1F3—10 мол°6.

К. X. Сун и его сотрудники [2] разработали соста­ вы сложных фторобериллатных стекол, некоторые из них приводятся в таблице 1.

Таблица 1

Составы фторобериллатных стекол [2] (в вес ?6—А и в мол %—Б). v=95—100.

8

Стекла, представленные в таблице 1, содержат бо­ лее чем 50 мол% BeF2 и AIF3, вместе взятые. Ще­ лочноземельные фториды составляют остальную часть фторобернллатного стекла. Пределы трансформации и температуры размягчения этих стекол (табл. 1) значи­ тельно выше, чем у стекол, содержащих фториды ще­ лочных металлов.

В таблице 2 приводятся некоторые составы фтороберпллатных стекол щелочного состава и температуры размягчения (стекла Гейне и Имаока Минору и Мицусава Симья).

Таблица 2

Составы фторобериллатных стекол в мол % .

ных стекол, где наряду с фторидами бериллия и алю­ миния стекла содержат фториды свинца и магния. При­

вышению химической устойчивости.

В патенте Фогеля [5] приводятся составы щелочных фторобериллатных стекол, у которых значения показа­ теля преломления ( Пр ) ниже 1,Э4.

Р. Ф. Д ’Паоли в своем патенте приводит составы бесщелочных и малощелочных фторобериллатных сте-

9

■кол. Результаты вышеупомянутых авторов представле­ ны в таблице 3. Приводятся также значения П0 и v.

Т а б л н ц а 3

Составы фторобериллатных стекол по данным разных авторов (составы в мол %)

около 50 мол%, и фториды Li, Na п К. можно получить

растворимы в воде.

С целью получения химически устойчивых фторобе­ риллатных стекол японские исследователи синтезирова­

свойства фторобериллатных стекол намного зависят от состава и условий варки. Эти зависимости хорошо изу­ чены советскими исследователями. В 1959 году вышла работа Л. Р. Бацановой и А. В. Новоселовой [8]. Авто­

10