发明新型利用纳米技术的光学材料

СОЗАДАНИЕ НОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

本文阐述由Nd³⁺:Y₂O₃合成高度透明陶瓷材料，Nd³⁺:Y₂O₃中需加入添加剂6mol% ZrO₂ 及25mol%Sc₂O₃ 或Lu₂O₃使晶体结构无序化。平均粒度为10-15纳米的纳米粉末为原材料。通过对纳米级颗粒进行超声作用单轴静态压制的方法将它们压实。压力为200MPa，超声波发生器的功率为1.5KW。表明，用等价离子Sc和Lu置换Y，或用异价离子Zr置换Y，那么生成砂眼及晶体的规格降低。

合成了新型无序晶格结构的光学材料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+6 mol% ZrO_2。这样的陶瓷材料，当厚度为2.5mm透射率为82.2%。并表明，当晶体结构无序时，Nd3+离子的4F3/2→4I11/2的谱带会变宽，从11增加到40纳米。开发这种材料对于毫微微秒激光器的发展具有重要的意义，其中，激光持续时间与过渡宽度成反比。

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.

Рис. 1. Фотографии образцов керамик из Yb³⁺:(Lu_0.25Y_0.75)₂O₃ (1,2,3), Yb³⁺:(Sc_0.25Y_0.75)₂O₃ (4) и Nd³⁺:(Lu_0.25Y_0.75)₂O₃ (5,6), допированных 6 мол.% ZrO₂.

Рис. 2. Спектры пропускания образцов керамик.

Рис. 3. Спектр люминесценции образцов керамик.