Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения новых оптических материалов для приборов и устройств лазерной и/или радиационной техники

Докладчик: Романов Алексей Николаевич

Должность: к.ф.-м.н.

Цель проекта:
Проект направлен на решение проблемы создания широкополосных усилителей и перестраиваемых лазеров в диапазоне ближнего ИК (850-1600 нм). Такие устройства будут широко востребованы в самых разных отраслях: телекоммуникации, медицине, метрологии, научных исследованиях. Целью проекта является создание новых оптических материалов на основе тройных галогенидов тяжелых металлов, легированных изоморфной примесью одновалентного висмута. Под изоморфной примесью понимается примесь элемента (в данном случае - висмута), ионы которого близки по свойствам (ионному радиусу) ионам элемента, образующего кристаллическую решетку. В этом случае часть ионов элемента, образующего кристалл может заменяться похожими по свойствам ионами висмута без существенного искажения кристаллической структуры материала. Такие материалы могут быть использованы в качестве активной среды широкополосных усилителей и лазеров, излучающих в ближнем ИК диапазоне.

Основные планируемые результаты проекта:
Основным результатом проекта станет разработка методики приготовления новых оптических материалов на основе тройных галогенидов тяжелых металлов, легированных ионами одновалентного висмута, непосредственное приготовление образцов этих новых оптических материалов и изучение их оптических свойств - спектров поглощения в видимой и ИК области, спектров люминесценции в ИК диапазоне, спектров возбуждения люминесценции. Будет прослежена взаимосвязь между строением оптического материала и параметрами оптических спектров одновалентного висмута, находящегося в кристаллической решетке в виде изоморфной примеси. Эти результаты будут интерпретированы с помощью теоретических моделей, основанных на приближении кристаллического поля для ионов с незаполненной p-оболочкой (к таким ионам относится ион одновалентного висмута). По результатам работ будет сделан вывод о перспективности использования разработанных материалов в качестве активной среды новых усилителей и лазеров в ближнем ИК диапазоне.
Разработанные оптические материалы будут обладать низким поглощением в ближней ИК области, что должно способствовать низким потерям в активной среде лазера, а также широким спектром люминесценции (более 100 нм). Это позволит создать широкополосные усилители и перестраиваемые лазеры, а также фемтосекундные лазеры.
Несмотря на то, что оптические материалы планируется создавать при помощи хорошо известной методики роста кристаллов по Бриджмену-Стокбаргеру, способ создания ионов одновалентного висмута с помощью реакции синпропорционирования в галогенидном расплаве и использование этих ионов в качестве оптически-активного центра в составе кристаллов тройных галогенидов являются абсолютно новыми. Известны зарубежные публикации и отечественные публикации (в том числе, участников настоящего проекта), в которых описывалась ИК-люминесценция кристаллических материалов, причем она объяснялась присутствием одновалентного висмута. Однако, только в рамках настоящего проекта будет разработан метод, позволяющий создавать широкий спектр оптических материалов высокого качества на основе методики, гарантирующей получение желаемых оптических центров.
Для достижения заявленных результатов предполагается разработать методику выращивания кристаллических материалов на основе тройных галогенидов тяжелых металлов, получить образцы таких материалов и изучить их оптические свойства.
Выращивание кристаллов планируется осуществлять методом Бриджмена-Стокбаргера. Образование одновалентного висмута в расплаве, из которого происходит рост кристаллов будет происходить в результате реакции галогенидов трехвалентного висмута с металлическим висмутом. Для того, чтобы ионы одновалентного висмута могли войти в растущий кристалл в виде изоморфной примеси состав кристалла должен быть выбран таким образом, чтобы он был построен из катионов с ионным радиусом, близким к соответствующему значению для одновалентного висмута. Спектры поглощения полученных материалов будут исследованы с помощью универсального спектрофотометра, в то время как для регистрации спектров люминесценции в ближнем ИК и возбуждения люминесценции будет использован спектрометр, оборудованный линейным (InGaAs) приемником, чувствительным в данном диапазоне. Синтез новых оптически активных материалов в рамках данного проекта ограничен только возможностями метода Бриджмена-Стокбаргера - а именно, температурным диапазоном в котором может производиться рост кристаллов. При этом метод хорошо подходит для выращивания большинства галогенидных кристаллов. В качестве рисков проекта можно упомянуть вероятность того, что синтезированные образцы будут обладать свойствами, не позволяющими использовать их в качестве активных элементов лазеров (большие оптические потери, эффективная безызлучательная релаксация верхнего лазерного уровня, наличие поглощения на длине волны излучения из возбужденного состояния). Для минимизации этих рисков планируется изучить максимально широкий круг оптических материалов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Широкополосные усилители и перестраиваемые лазеры в диапазоне ближнего ИК на основе новых оптических материалов, полученные в рамках проекта будут широко востребованы в самых разных областях: телекоммуникации, медицине, метрологии, научных исследованиях.
Так, в частности, широкополосный усилитель в диапазоне, используемом для передачи информации по оптическому волокну позволит упростить процесс усиления сигналов на промежуточных станциях, в несколько раз повысить поток передаваемой информации по одному волокну. Лазеры фемтосекудного диапазона будут востребованы в лазерной медицине (коррекция зрения, эпиляция), метрологии (создание стандартов частоты), лазерном разделении изотопов и для научных исследований. Полученные результаты могут поддержать прогресс в области телекоммуникации, привести к внедрению новых, более дешевых и совершенных технических решений в области лазерной техники.

Текущие результаты проекта:
В настоящее время получено несколько материалов на основе тройных галогенидов с изоморфной примесью одновалентного висмута. Изучены их спектры люминесценции и возбуждения люминесценции. На основании сопоставления параметров люминесценции и строения кристалла сделан вывод о влиянии локальной симметрии окружения иона одновалентного висмута на расположение его возбужденных электронных состояний. В новых материалах измерены времена жизни люминесцентного уровня .