Международная группа ученых из Института общей и неорганической химии имени Курнакова (ИОНХ РАН РАН), Российского химико-технологического университета имени Менделеева, Университета Кан-Нормандия (Франция) и Чешского технического университета в Праге разработала уникальный материал, который способен значительно расширить возможности современных фотонных технологий. Результаты исследования опубликованы в Journal of Non-Crystalline Solids.
Речь идет о новом типе люминофорных стекол на основе комплекса хлорида свинца и диоксида теллура (PbCl₂-TeO₂), легированных ионами редкоземельных элементов – тулия (Tm3+), эрбия (Er3+) и гольмия (Ho3+). Такие материалы демонстрируют исключительно высокие спектрально-люминесцентные характеристики, особенно в среднем инфракрасном диапазоне длин волн 2–3 мкм, что актуально для медицины (лазерная хирургия и терапия) и электроники (оптические усилители и промышленные лазеры различного назначения).
В отличие от традиционных силикатных и фторидных стекол, теллуритные оксохлоридные стекла обладают высокой прозрачностью в инфракрасной области, низкой энергией фононов и улучшенной эффективностью люминесценции при добавлении галогенидных модификаторов.
Трудный путь к инновации
До сих пор область оксохлоридных фотонных материалов оставалась недостаточно освоенной, отчасти из-за сложности синтеза таких систем. Основная трудность заключалась в склонности исходных компонентов к пирогидролизу — высокотемпературному разложению под действием водяного пара, что приводило к образованию остаточных гидроксильных групп, которые подавляли люминесценцию.
Однако исследователям удалось подобрать оптимальные условия синтеза методом закаливания расплава, что позволило получить стекла с минимальным количеством таких нежелательных OH-групп. Это дало возможность впервые детально изучить их спектрально-люминесцентные свойства и выявить преимущества перед аналогами на оксидной и оксофторидной основе.
Важно и то, что разработанный материал демонстрирует более длительное время жизни возбужденных состояний редкоземельных ионов, что существенно улучшает его потенциал для использования в оптических усилителях.
За счет грамотного подбора условий синтеза методом закаливания расплава нам удалось избежать пирогидролиза хлорида свинца и получить стекла с минимальным содержанием остаточных гидроксильных групп. Введение галогенидного модификатора (фтор, хлор, бром и йод) позволяет уменьшить энергию фононов матрицы, что важно для люминесценции редкоземельных ионов в коротковолновом инфракрасном диапазоне спектра. Эта система особенно подходит для генерации лазерного излучения в диапазоне 2–3 мкм, широко применяемом в медицине и оптических усилителях. Важно отметить, что в нашем исследовании люминесценция в диапазоне 2—3 мкм получена и подробно охарактеризована впервые для стекол, содержащих хлорид свинца.
О том, как и зачем фемтосекундный лазер поймал в воде неуловимый атомарный кислород, читайте в материале Hi-Tech Mail.
