Название:Новые прозрачные наноструктурированные стеклокристаллические материалы с широкополосным поглощением ионов двухвалентного железа для модуляции добротности лазеров спектрального диапазона 1,8-2,4 мкм
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов
Ключевые слова:прозрачные стеклокристаллические материалы; ионы двухвалентного железа; нанокристаллы; шпинель; структура; нуклеатор кристаллизации; спектры поглощения; окислительно-восстановительные условия; спектры комбинационного рассеяния; пассивный затвор; лазеры средней ИК области спектра
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Дымшиц,ОС
Подразделения:
Код проекта:23-23-00446
Лазеры «безопасной для глаз» области спектра 1,8−2,4 мкм используют в хирургии, при лидарном зондировании атмосферы, в дальнометрии, для чего необходимы мощные короткие импульсы, достижимые в режиме модуляции добротности. Для компактных не требующих внешнего управления модуляторов добротности лазеров используют материалы на основе ZnS и ZnSe с тетраэдрически (Td) координированными ионами железа Fe2+. Их альтернативой являются кристаллы шпинелей, обладающие высокой твердостью, низким коэффициентом термического расширения и высокой лучевой прочностью, безопасные в производстве. В прозрачных стеклокристаллических материалах (СКМ) на основе шпинелей нанокристаллы равномерно распределены в остаточном стекле. Нами были созданы прозрачные шпинельсодержащие СКМ литиево-, магниево- и цинковоалюмосиликатной систем, содержащие TiO2 или смесь TiO2 и ZrO2 в качестве нуклеаторов кристаллизации. Для создания СКМ с минимальным поглощением и воспроизводимыми свойствами титансодержащие стёкла синтезируют в окислительных условиях. Для создания СКМ на основе кристаллов шпинелей, содержащих ионы Fe2+ в Td координации, необходимо разработать восстановительные условия синтеза стёкол и режимы их термообработки, которые обеспечат преобладание в СКМ ионов Fe2+ без ухудшения их прозрачности. В работе также будут получены и исследованы СКМ литиевогаллиевосиликатной системы с нанокристаллами галлиевой шпинели, допированные ионами железа. Это одна из немногих систем, не требующих нуклеатора для создания СКМ, что позволит изучить вхождение ионов Fe в нанокристаллы шпинели, не осложненное присутствием ионов Ti3+. Научная идея проекта состоит в том, чтобы путем управления составами, окислительно-восстановительными условиями синтеза и режимами термообработки ситаллизирующихся железосодержащих стекол, создать принципиально новые наноструктурированные СКМ на основе шпинелей, имеющие высокое оптическое качество и высокие нелинейно-оптические характеристики, перспективные для создания пассивных затворов лазеров «безопасной для глаз» спектральной области 1,8-2,4 мкм. Данный эффект будет достигнут синтезом СКМ с нанокристаллами шпинелей различных составов, в структуру которых будут входить ионы Fe2+ в координации Td, что обеспечит интенсивное поглощение излучения в области 1,8-2,4 мкм. Эта научная идея является новой. В работе предполагается изучить влияния состава и условий синтеза стекол на свойства СКМ. Будут созданы СКМ на основе шпинелей различного состава и структуры: алюмоцинковой, алюмомагниевой, алюминатной и галлиевой. Синтез исходных стекол цинково-, магниево- и литиевоалюмосиликатных систем будет проводиться с использованием различных нуклеаторов (TiO2 и смеси TiO2 и ZrO2). В исходные стекла будет введен оксид железа в широком интервале концентраций 0,1 – 5.0 мас.%. Будут созданы различные окислительно-восстановительные условия синтеза стекол и исследовано их влияние на природу поглощения ионов титана и железа в стеклах и СКМ. Синтез стекол литиевогаллиевосиликатной системы будет осуществляться без добавления нуклеатора кристаллизации. Будут исследованы структура и спектральные свойства разработанных СКМ. Пассивные затворы, изготовленные из шпинельсодержащих СКМ, будут испытаны в лазере на кристалле Tm,Ho:KYW, излучающем на длине волны 2,054 мкм. На основании этих испытаний будут выбраны материалы, перспективные для создания пассивных затворов лазеров, излучающих в области 1,8−2,4 мкм, и сформулированы условия их получения. Первые эксперименты по созданию прозрачных СКМ на основе алюмоцинковой и алюмомагниевой шпинелей, содержащих ионы Fe2+ в координации Td и обладающих интенсивным широкополосным поглощением в области 1,8−2,4 мкм подтверждают перспективность и высокие шансы на успешное выполнение исследования. Принципы создания прозрачных СКМ с переходными металлами в низших степенях окисления будут иметь универсальный характер. Это позволит создавать СКМ с другими ионами переходных металлов в низших степенях окисления, актуальные для фотоники.