基于纳米技术的新型光学材料

СОЗАДАНИЕ НОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

论文中公布了以Nd³⁺:Y₂O₃为原料合成高透明陶瓷，其中添加了 6%摩尔ZrO₂，25%摩尔Sc₂O₃或Lu₂O₃的添加剂用来打乱晶体结构。平均大小为10-15纳米的纳米粉末作为原始材料。通过单轴静压的方法和对纳米颗粒的超声波作用对其压实。压制压力为200MPa，超声波发生器功率为1.5kW。已表明，用等价Sc和Lu离子以及杂价Zr离子替代Y可降低孔的含量和微晶尺寸。

合成了无序晶体结构的新型光学材料Nd³⁺:(Lu_0.25Y_0.75)₂O₃+6 mol.%ZrO₂,Nd³⁺:(Sc_0.25Y_0.75)₂O₃+6mol.%ZrO₂,Yb³⁺:(Sc_0.25Y_0.75)₂O₃+6mol.%ZrO₂（图1）。这种陶瓷厚度达2.5mm，透射系数能达到了82.2%（图2）。已表明，当晶体结构无序化，Nd³⁺离子⁴F_3/2→⁴I_11/2 光谱带的展宽从11nm增加到40nm（图3）。这种材料对于飞秒激光器的发展很重要，其激发时间与跃迁宽度成反比。

В работе сообщается о синтезе высокопрозрачной керамики из Nd³⁺:Y₂O₃, в которую для разупорядочения кристаллической структуры вводились добавки 6 мол.% ZrO₂ 25 мол.% Sc₂O₃ или Lu₂O₃. Исходным материалом служили нанопорошки со средним размером 10-15 нм. Их компактирование производилось методом одноосного статического прессования с ультразвуковым воздействием на наночастицы. давление прессования составляло 200 МПа, мощность ультразвукового генератора – 1,5 кВт. Показано, что при замещении Y изовалентными ионами Sc и Lu, а также гетеровалентными ионами Zr уменьшается содержание пор и размеры кристаллитов.

Синтезированы новые оптические материалы Nd³⁺:(Lu_0.25Y_0.75)₂O₃+6 мол.% ZrO₂, Nd³⁺:(Sc_0.25Y_0.75)₂O₃+6 мол.% ZrO₂, Yb³⁺:(Sc_0.25Y_0.75)₂O₃+6 мол.% ZrO₂ (рис. 1) с разупорядоченной кристаллической структурой. В таких керамиках достигнут коэффициент пропускания 82,2 % при их толщине 2,5 мм (рис. 2). Показано, что при разупорядочении кристаллической структуры уширение спектральной полосы ⁴F_3/2→⁴I_11/2 иона Nd³⁺ возрастает с 11 до 40 нм (рис. 3). Создание таких материалов важно для разработки фемтосекундных лазеров, в которых длительность генерации обратно пропорциональна ширине перехода.

图1.基于Yb³⁺:(Lu_0.25Y_0.75)₂O₃ (1,2,3), Yb³⁺:(Sc_0.25Y_0.75)₂O₃ (4)和Nd³⁺:(Lu_0.25Y_0.75)₂O₃ (5,6)掺入6%摩尔的ZrO₂陶瓷的样品

图2. 陶瓷样品的光谱

                                                                                             图3.陶瓷样品的发光光谱