Фторидные стекла – перспективные материалы для фотоники

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН опубликовали в журнале Optical Materials обзор, посвященный исследованиям оптических и спектральных свойств фторцирконатных стекол. Продемонстрировано, что активированные катионами марганца или редкоземельных металлов (церий, неодим, европий, эрбий и тулий) фторцирконатные стекла обладают широким диапазоном пропускания и являются перспективным материалом для создания источников излучения в спектральной области от ближнего ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона. Модификация стекол различными анионами или катионами, растворимыми в расплаве, позволяет изменять их свойства непосредственно при синтезе. В обзоре проанализировано современное состояние областей применения этих стекол в инфракрасной оптике, сцинтилляционной технике, медицинской диагностике, фотовольтаике и светодиодных источниках теплого белого света.

Одним из основных преимуществ фторидных стекол по сравнению со стеклами других классов, например, оксидными, является широкая вариабельность составов, что позволяет вводить в их состав различные переходные и редкоземельные катионы. С момента получения первых примеров фторцирконатных систем начался интенсивный поиск новых стеклообразующих составов во фторидных системах. Теоретические расчеты показывали, что затухание оптического сигнала в них должно быть на два порядка ниже, чем в популярных кварцевых стеклах. Появилась надежда получить новый материал для дальних волоконнооптических линий связи. До сих пор не удалось создать такие линии на основе фторидных стекол, но они нашли применение в других оптических приборах, работающих в диапазоне от ультрафиолета до инфракрасной области.

В обзорной работе коллектива авторов представлен обобщающий анализ свойств фторцирконатных стекол. Исследование прокомментировала заведующая Лабораторией высокочистых веществ ИОНХ РАН, доктор химических наук Мария Николаевна Бреховских: «Современные материаловедческие исследования в области фторидных стекол направлены на поиск новых модифицированных составов этих стекол с высокой оптической однородностью с целью создания эффективных активных оптических сред в широком спектральном диапазоне. Модифицируя состав стекол, можно управлять термическими, оптическими и спектроскопическими свойствами для различных приложений. В обзоре представлены сведения о стеклообразовании в модифицированной «тяжелыми» катионами и анионами фторцирконатной системе ZBLAN (ZrF₄–BaF₂–LaF₃–AlF₃–NaF), их физико-химических и оптических свойствах, а также областях применения. Обсуждаются перспективные направления практического применения таких материалов, легированных переходными и редкоземельными катионами, в оптоэлектронике и фотонике».

В обзор вошел анализ более 70 публикаций в российских и зарубежных журналах таких, как Optical Materials, Journal of Non-Crystalline Solids, Mendeleev Communications, The Journal of Alloys and Compounds и др.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки в рамках государственного задания.