Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Разработаны составы и технология синтеза оптических стекол с малым содержанием оксидов системы RHal2-RHal3-R2O3-B2O3-GeO2-P2O5 (где R = Ca, Ba, Mg, Al, Ga, La, Hal=F, Cl, Br), активированных наноразмерными кристаллами халькогенидов металлов: селенида-сульфида свинца и кадмия: - Разработаны составы и технология синтеза борогерманатных стекол с халькогенидами металлов CdS и CdSe. Показано, что для борогерманатных стекол термическая обработка не приводит к выделению нанокристаллов CdS и CdSe. - Разработаны составы и технология синтеза фторфосфатных стекол, активированных наноразмерными кристаллами CdS, CdSe, PbS и PbSe. Показано, что введение прекурсоров для формирования нанокристаллов возможно разными способами – для CdS, CdSe: а) введение в шихту CdS, CdSe; б) ZnS, ZnSe +CdO, в) CdS, CdSe+ZnS, ZnSe, - для PbS, PbSe: а) введение в шихту PbS, PbSe; б) ZnS, ZnSe +PbO, в) PbS, PbSe+ZnS, ZnSe. Независимо от способа введения полупроводниковых компонентов в процессе дополнительной термообработки формируются нанокристаллы CdS, CdSe, PbS и PbSe. - Разработан состав и синтезированы высокопреломляющие свинцово-висмут-галлиевые стекла с эрбием. Отработаны режимы синтеза стекол с высоким содержанием оксидов тяжелых металлов, при которых не происходит восстановления ионов висмута до металлического состояния. 2. Исследованы физико-химические, структурные и эксплуатационные свойства стекол, активированных нанокристаллами халькогенидов металлов, включающие температуры стеклования и кристаллизации, рамановские и ИК-Фурье спектры, класс устойчивости материалов к атмосферной влаге, химический состав, размеры и концентрация кристаллической фазы в матрице стекла в зависимости от состава исходных компонентов и технологии синтеза: - Определена температура стеклования Tg, которая использовалась для выбора параметров вторичной термообработки для роста нанокристаллов. Показано, что для фторфосфатных стекол с CdS и CdSe Tg составила от 380 до 400 оС в зависимости от концентрации фторидов S, Se и Cd. Для стекол с PbS и PbSe Tg составила от 406 до 420 оС в зависимости от концентрации фторидов S, Se и Pb. - Исследована устойчивость стекол к атмосферной влаге. Установлено, что боросиликатные и фторфосфатные стекла относятся к группе А химической устойчивости, т.е. после 20 часов выдержки при 60С и 85% влажности поверхность стекол не изменяется. 3. Исследована взаимосвязь между составом и размерами нанокристаллов халькогенидов металлов, а также результаты спектральных и оптических исследований стекол: показателя преломления, спектры пропускания и свечения: - Показано, что термообработка при Т=410-430 оС приводит к появлению полос поглощения, связанных с ростом концентрации и размеров нанокристаллов CdS (CdSе). Увеличение концентрации CdS (CdSе) в исходной шихте приводит к увеличению оптической плотности в несколько раз, что соответствует пропорциональному увеличению концентрации нанокристаллов (2.4-7.0)*107 см-3. В результате термообработки сформированы нанокристаллы CdS диаметром 1.3 -3.8 нм и CdSе диаметром 1.5-6.0 нм. Радиус экситона Бора, ограничивающий режим размерного квантования, составил 3 нм и 5 нм, соответственно. - Во фторфосфатных стеклах в результате термообработки сформированы PbS и PbSe–молекулярные кластеры и нанокристаллы. Получены образцы для измерения нелинейно-оптических характеристик с максимумами первого экситона на длинах волн 940-1660 нм. - Установлена область пропускания свинцово-висмут-галлиевых стекол от 0,5 до 6,5 мкм. Построены концентрационные зависимости показателя преломления и электронной поляризуемости, свидетельствующие об их снижении с ростом содержания эрбия. Показатель преломления составил 2,229 - 2,254 на длине волны 860 нм для стекол с разной концентрацией эрбия. 4. Исследована взаимосвязь между составом и размерами нанокристаллов халькогенидов металлов и результатами исследования предварительных нелинейно-оптических свойств стёкол: энергетические зависимости уровня пропускания и нелинейный показатель преломления: - Исследован нелинейный показатель преломления и нелинейное поглощение во фторфосфатных стеклах с нанокристаллами CdS и CdSe при воздействии лазерного излучения пикосекундной (27 пс) длительности на длинах волн 0.532 и 1.064 мкм. Показано, что увеличение концентрации полупроводниковых кристаллов и их размеров приводит к увеличению величины нелинейного показателя преломления и нелинейного поглощения. Измеренные значения достаточно высокие и превышают соответствующие значения для силикатных стекол. Сделан вывод, что новые синтезированные фторфосфатные стекла с нанокристаллами CdS и CdSe обладают значительной нелинейностью для импульсов пикосекундной длительности, которая связана с высокой концентрацией нанокристаллической полупроводниковой фазой. - Исследован нелинейный показатель преломления и нелинейное поглощение во фторфосфатных стеклах с нанокристаллами CdS, CdSe, PbS и PbSe при воздействии лазерного излучения фемтосекундной (100 фс) длительности на длине волны 1050 нм. Для образцов с CdS CdSe пропускание практически не меняется в широких пределах входной мощности излучения от 10 до 2000 мВт. Для образцов с PbS и PbSe обнаружено нелинейное пропускание (лимитинг). Порог ограничения для образца с PbSe составил 500 мВт, и для входной мощности ~ 800 мВт образец полностью не пропускал лазерное излучение. Порог для образца с PbSe составил 1400 мВт, и для входной мощности ~ 1500 мВт образец полностью не пропускал лазерное излучение. Сделано заключение, что фторфосфатные стекла с PbS и PbSe имеют нелинейный характер уменьшения пропускания от мощности падающего излучения фемтосекундной длительности, и такое ограничение можно использовать для создания эффективных фильтров-лимитеров для защиты фотоприёмных устройств, работающих в ближнем ИК диапазоне. 5. Оптимизирован состав фторфосфатного стекла активированного нанокристаллами CdS, CdSe, PbS и PbSe, с целью получения материала высокого оптического качества в области прозрачности в диапазоне от 0,9 до 3 мкм, обладающего нелинейной восприимчивостью. Оптимизация температурно-временного режима формирования нанокристаллов позволила получить фторфосфатные стекла с распределением нанокристаллов по размерам, близким к монодисперсному, что является обязательным для обеспечения максимальных значений нелинейно-оптических характеристик. Показано, что фторфосфатные стекла с нанокристаллами CdS, CdSe, PbS и PbSe имеют высокие значения нелинейного показателя преломления и нелинейного поглощения в видимом и ближнем ИК диапазоне, которые превышают соответствующие значения для силикатных стекол. Эти высокие значения обусловлены высокой концентрацией полупроводниковых нанокристаллов, выделяемых в стеклах.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Разработаны основы технологии синтеза оксидных стекол с высокими концентрациями тяжелых металлов (висмута, тербия) и ионов переменной валентности (сурьма, церий, олово) системы R2O3-RO-RO2 (где R=Bi, Ga, B, Sb, Al, Pb, Ge, Sn, Ce), а именно: Разработан состав и технология синтеза стекол в следующих системах: - Bi2O3-PbO- R2O3, где R=Al, Ga, Y, Sb, La, B, в том числе, активированных ионами Er, Yb; - Bi2O3-PbO-RO2, где R=Ge, Si; - Bi2O3-RO-GeO2, где R=Pb, Sn; - P2O5-R2O3, где R=Ce, La, Tb, Dy, Gd, Sb; - B2O3-R2O3. 2. Получены результаты по исследованию физико-химических, структурных и эксплуатационных свойств оксидных стекол с высокими концентрациями тяжелых металлов, включая определение температур стеклования и кристаллизации, регистрацию рамановских и ИК-Фурье спектров, определение устойчивости материалов к атмосферной влаге и химического состава. Кроме того, в связи с тем, что стекла для нелинейной оптики работают в условиях повышенной плотности энергии лазерного излучения, в работе предложена ионообменная методика упрочнения «тяжелых» стекол. Показано, что в результате обмена ионов натрия в стекле на ионы калия, имеющего больший ионный радиус, из расплава соли KNO3, в поверхностном слое стекла формируются диффузионные механические напряжения, достигающие большой величины (~850 МПа). Эти напряжения приводят к увеличению в 2 раза микротвердость стекла. Такая ионообменная модификация поверхности стекла позволяет увеличить его механическую и термическую прочность, а также лучевую стойкость, что очень важно для работы нелинейно-оптических элементов в условиях высоких плотностей энергий лазерного излучения. 3. Получены результаты по исследованию спектральных и оптических свойств оксидных стекол с высокими концентрациями тяжелых металлов, включая определение показателя преломления и плотности, регистрацию спектров пропускания и свечения в зависимости от состава и технологии синтеза стекла. 4. Получены результаты по исследованию нелинейно-оптических характеристик оксидных стекол с высокими концентрациями тяжелых металлов, включая регистрацию спектров пропускания в зависимости от энергии возбуждающего лазерного излучения и определение нелинейного показателя преломления в зависимости от состава и технологии синтеза стекла. Исследованы нелинейные процессы в свинцовосодержащих фосфатных стеклах под действием фемтосекундного (ФС) лазерного облучения (1030 нм, 130 фс). Обнаружен рост нанокристаллов перовскита CsPbBr3 в этих стеклах под действием лазерного облучения и термообработки. Показано, что нелинейное ФС лазерное воздействие и последующая термообработка (T=340°С) фосфатного стекла с ионами Ce, Pb и Br позволяет осуществлять в его объеме оптическую запись информации в виде люминесцентных паттернов из нанокристаллов перовскитов CsPbBr3. Эти люминесцентные паттерны можно стирать с помощью повторного облучения ФС лазерным излучением, но с более низкой энергией в импульсе (порог ~0,3 мкДж), а затем снова восстанавливать с помощью дополнительной термообработки (T=340°С). Возникновением и тушением люминесцентных паттернов можно управлять при помощи генерации и релаксации зарядов нанокристаллов перовскитов. В фосфатном стекле такой процесс записи и стирания люминесцентных паттернов можно осуществлять многократно. Исследованы нелинейно оптические свойства фосфатного стекла с нанокристаллами PbS и PbSe при воздействии импульсного ФC лазера ближнего ИК диапазона. В этом стекле обнаружено нелинейное пропускание (лимитинг). Порог ограничения мощности для образца с PbS составил 550 мВт, а для образца с PbSe составил 1350 мВт. Показано, что фосфатные стёкла с нанокристаллами PbS и PbSe можно использовать в качестве фильтров-лимитеров для защиты фотоприёмных устройств от импульсного лазерного излучения в ближнем ИК диапазоне. Для разных рядов синтезированных стекол измерен нелинейной показатель преломления – n2: Для свинцовогерманатных стекол показано, что с увеличением концентрации Pb n2 увеличивается. Для состава 10PbO–90GeО2 он составлял n2 =1.07*10^(-15) см2/Вт, а для состава 40PbO–60GeО2 n2= 1.5*10^(-15) см2/ Вт. 5. Получены результаты по исследованию нелинейных эффектов тушения люминесценции, а также влияния состава стекла на окружение ионов редкой земли для рядов стекол системы Bi2O3-PbO-R2O3-Er2O3-Yb2O3, где R=Al, Ga, Y. Показано, что вероятность переноса с Yb на Er увеличивается с ростом концентрации эрбия и составляет 46%. Показано, что с ростом концентрации Er время жизни падает с 3.2 до 1.2 мс. Максимальный квантовый выход составил 78%. 6. Получены результаты по оптимизации составов и технологии синтеза свинцовосодержащих стекол с высокими концентрациями тяжелых металлов с целью получения материала высокого оптического качества и однородностью в области прозрачности вплоть до 3 мкм, обладающего нелинейной восприимчивостью. Кроме того, разработан метод картирования химического состава заготовок стекол на основе лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (ЛИЭС). Этот метод позволил визуализировать распределение искомых химических элементов на поверхности образцов стекла. Метод опробован на шлифованных образцах свинцовосодержащих стекол. Метод позволил повысить эффективность процесса разделения годных и негодных блоков стекол. Также метод ЛИЭС позволил соотнести карту распределения химических элементов с технологией синтеза «тяжелых» стекол. Результаты по картированию химического состава заготовок стекол позволили усовершенствовать оптимизацию составов и технологию синтеза (температуру и время) для получения «тяжелых» свинцовосодержащих стекол высокого оптического качества и однородностью с целью их дальнейшего использования для создания нелинейно-оптических элементов ближнего ИК диапазона.