Физико-химические и спектрально-люминисцентные свойства низкотемпературного галогенидного стекла на основе GaCl3-ZnCl2, активированного ионами 3d-элементов Плеханов, Владимир Юрьевич

Введение к работе

Актуальность теми. Возрастающее применение лазерной техники в науке її промышленности стимулирует поиск и создание новых лазерных материалов, обладающих заданными физикс-хпмическами, спектрально-люминесцентнчми и генерационными свойствами. Из известных лазерных материалов, лучшими из которых являются оксидные кристаллы (рубин, александрит, сапфир, гранаты), не все обладают оптимальными физико-химическими, сп&стральнс-лгаминесцент-выми и генерационными свойствами. Кроме того, широкое применение кристаллов ограничивает их высокая стоимость, технологические трудности при их выращивании. Другие лазерные материалы являются высокотоксичными (например,РОЩ , SeOce^vi. др.). С этой точки зреная альтррнативными кристаллам материалами язляштся неорганические стекла. В числе преимуществ перед другими лазерными материалами следует отметит*, оптическую однородность, прозрачность в широком спектральном диапазоне, высокую концентрацию ионов-активаторов, технологичность и сравнительно низкую стоимость. Подтверждением этого является широкое распространение неорганических лазерных стекол традиционного состава - фосфатных и силикатных, активированных ионами редкоземельных элементов. В то же время поиск, синтез и исследование човых неорганических стекол с улучшенными физико-химическими, спектрально-люминесцентными и генерационными свойствами остается актуальной задачей. Улучшение термооптических и термомеханических свойств и расширение спектрального диапазона лазерного излучения яэляются основными направлениями в создании новых неорганических стекол.

С этих позиций значительный' интерес представляют галогенид-ные стекла. Наиболее интенсивно изучаются фторидные стекла, но токсичность при их получении является серьезным недостатком. В этом отношении хлоридные отекла выгодно отличаются от фторидних, но данных об исследованиях физико-химических л спектральнс-люми-несцентных свойств хлоридных стекол, активированных Зсб-ионами, в литератур практически не имеется. ,

Таким образом, синтез, исследование физико-химических и спектрально-люминесцентных свойств и строения низкотемпературного галогенидного стекла на основе &<*&_л - л-СИ_г , активированного ионами Зоб-элементов и -Мс³*, является актуальной завачей, имеющей научное и практическое значение в области лазерной техники.

Работа выполнена в рамках постановления ОМ СССР Я 138-48 от 27.01.86, тема 0Л-20І.

Цель настоящей работы заключалась в синтезе нового низкотем-

-2 -пературного галогенидного стекла на основе &a,CZ₃~S.n.C^_z чстивированно ЗсС-ионами ( ~п³* С^-^Мп/'Тё ', C>²*Wi*l &J) и y/Jci", исследовании физико-химических и спектрально—люминесцентных свойств синтезированных оптических материалов и на основе комплекса спектрально-люминесцентных и физико-химических характеристик определить перспективность их применения в качестве лазерных материалов.

В процессе работы решались следующие задачи:

1. Усовершенствование технологии глубокой очистки и обезвоживания входных компонентов высокочистого низкотемпературного галогенидного стекла &а.СС_й-зЫ.Се^.

2. Синтез активированного Зсб-иовами высокочисого низкотемпературного галогьнидного стекла хбг₃- 3*,ог_г.

3. Синтез высокочистого низкотемпературного галогенидного стекла Оа.С^~ЗлО^ . активированного лС³* , для генерационных испытаний.

4. Определение спектрально-лотшнесцентных характеристик _3<^-ионов-з_низкотемпературном-галогеяидном'стекле^—блСе^--^лХХ

параметры расщепления л . , параметры Рака В и С, нефелоксети-ческий параметр а , время затухания люминесценции %. , а тик-*е некоторых физико-химических свойств полученных материалов.

Научная новизна и теоретическое значение работы. Хлоридные стекла на осноеє 3*,Сг^ , активированные Зс-ионами, исследованы недостаточно, хотя стеклообразуюїдая способность хлорида цинка известна давно. Б ряде-работ исследовалась структура хлорид-ных стекол на основе 2л.je и эЫ.(%_г- МГ {Лс-=Ъ.,Уа. T=C,&r,V), но отсутствуют данные о спектрально-люминесцентных а физико-химических характеристиках Зе^-ионов в одно- и многокомпонентных стеклах ка основе хпСЄ, . Не обсуждался вопрос применения гало-генвдных стекол на основе 2"»-%, в качестве лазерных материалов. Поэтому В настоящей работе впервые изучались спектрально-люминесцентные свойства широкого круга За-ионов (Ті ³\ Cf^M^l jc'Co'^'Cu) в низкотемпературном галогенидном стекле &х&₃--Z„,ce._t В получеяиых кате риалах обнаружена люминесценция ионов М»" и <2t* при Т = 300 К в области 635 и 510-535 нм, соответственно. На основе полученных спектрально-люминесцентных и физико-химических характеристик определена перспективность их исполь-Еованж в качестве люминофоров.

На синтезированном в настоящей работе высокочистом низко-

температурном галогенидном стекле &*.Сг₃ - п,се , активированном иояаиіі лИ**, на переходе V^ .-» *J"f,/j при ламповой накачке был обнаружен лазерный эффект, что явилось результатом усовег^-шенствованной ь настоящей работе способа очистки исходных компонентов стекла с использованием оригинальной цельнопаяниой кварцевой аппаратуры,

Синтезированное в настоящей работе низкотемпературное гало-генидное стекло ffaCs-Zn*^ легко изменяет агрегатное состояние, т.к. температура его размягчения не намного превышает комнатную и в зависимости от соотношения компонентов лежит в интервале 10-75С. Благодаря легкости фазовых переходов стекло =st расплав и обратимости спьктрально-люминесцентных войств при многократных фазовых переходах, возможно использование низкотемпературного галогенидного стекла GaCe_s-2ь.се_л в мощных лазерных системах при моноимпульсном режиме работы. Таким образом, меняя соотношение компонентов стекла, можно менять их агрегатное состояние, что позволяет совместить достоинства твердотельных и жидких лазерных ' лшинефоров.

Получен комплекс физико-химических и спектрально-люминесцентных характеристик Зеб-ионов в исследуемой матрице Ga.C_s - Zn. "?_г .-параметр расщепления д , параметры Рака В и С, нефелоксегчческий параметр а , время затухания лшинеспения ; впервые определено локальное строение Зс^-ионов в низкотемпературном галогенидном стекле GrxC₃ - ^-^% .

Практическое значение работы. Работа выполнена в соответствии с планом научной работы кафедры фи^ческой и аналитической .химии РГПУ им.А.И.Герцена я включена в программу работ, определенную постановлением СМ СССР А 1"В-48 от 27.01.86 г., тема 0Л-20І.

Синтезированное в настоящей работе высоквчистое низкотемпературное галогенидное стекло. &аг_г ~Зп.Се_г , активированное j/U ** может приме: яться как лазерный материал. .

Усовершенствованный в процессе работы метод синтеза и очистки исходных компонентов позволяет получать высокочистые галогенид-ные стекла на основе 6аСе₃-2^с^ , активироваикые Зе-ионами, и использовать их в качестве лазерных люминофоров.

На основе полученных в процессе исследования физико-химических в спектрально-люминесцентных характеристик синтезированных оптических материалов возмояно определить перспективность их применения в качестве лазерных материалов.

Результаты работы могут быть использованы также специалиста-.т е области хим'»и апротонных систем, расплавов и стекол.

Апробащщ работы. Основше результаты работа докладывались ка ХУЛ Всесоюзном Чугаевском совещаіши по химии комплексных соединения (Минск, 1990), на ІУ Всесоюзном совещании по проблемам сольватации и комплексообразования в растворах (Иваново, 1989), не I Всесоюзной конференции "Кидкофазные материалы" (Иваново, 19Э0), на Ш Всесоюзном совещании-семинаре "Спектроскопия лазерных материалов" (Краснодар, 1991), на ХШ Всесоюзной конференции по химической термодинамике и калориметрии (Красноярск, 1991). Основное содержание диссертации изложено в 8 публикациях в виде статей и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, пяти глав и заключения, в-котором излагаются выводы, и изло
жена на 142 страницах, включая 35 рисунков, 17 таблиц, список
литературы, состоящий из 200 наименований отечественных и зару-
бежныл авторов.