Document 517493

А.П. БАЗАКУЦА, О.В. БУТОВ, К.М. ГОЛАНТ
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва
О МЕЖДОУЗЕЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЯХ ВИСМУТА
В КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО, ОТВЕТСТВЕННЫХ
ЗА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ В БЛИЖНЕМ ИК ДИАПАЗОНЕ
Спектры и кинетика фотолюминесценции в легированном висмутом диоксиде кремния с добавкой
алюминия изучена в диапазоне длин волн 0.9…1.6 мкм в зависимости от температуры в интервале 300-900
К. Полученные данные свидетельствуют о слабой связи внедренного висмута с сеткой диоксида кремния,
что дает основание рассматривать центры инфракрасной люминесценции как междоузельные включения.
Волоконные световоды на основе кварцевого стекла с сердцевиной, содержащей висмут, могут работать
в качестве активных элементов в различных схемах лазерных конверторов и усилителей [1]. Существенной
для приложений особенностью таких висмутовых волоконных схем является спектральная полоса усиления,
в диапазоне длин волн 1100…1500 нм. В этом важном, прежде всего для телекоммуникаций, диапазоне
спектра практически отсутствуют альтернативные примеси, способные выполнять функцию активаторов в
кварцевом стекле. Однако в отличие от редкоземельных активаторов деградация усилительных свойств
активированных висмутом волокон наступает уже при концентрациях висмута 10 18-1019 см-3, что на два
порядка величины меньше типичных значений для Er3+, Yb3+ в алюмосиликатном стекле. По-видимому, это
связано с иным происхождением самих висмутовых центров инфракрасной люминесценции. Современное
состояние этой проблемы и подходы к ее решению можно найти в обзоре [2].
Целью нашей работы было получение экспериментальных данных, которые помогут выяснить, каково
происхождение центров, ответственных за ИК люминесценцию кварцевого стекла с примесью висмута и
алюминия. Для изготовления образцов диоксида кремния с висмутом и алюминием использовалась
технология SPCVD [3].
Были измерены спектры и кинетика люминесценции образцов. Спектры измерялись по схеме
синхронного детектирования с модуляцией интенсивности излучения накачки. В качестве источника
накачки был использован полупроводниковый лазерный диод на длине волны 808 нм мощностью до 1 Вт.
Для селекции люминесценции по длинам волн мы использовали решёточный монохроматор МДР-4. Сигнал
регистрировался с помощью полупроводникового фотодиода на основе InGaAs. Подробное описание
методики эксперимента можно найти в работе [4].
С увеличением температуры образца до 900 K наблюдается лишь незначительное уменьшение
стационарной интенсивности люминесценции преимущественно в длинноволновой части спектра (рис. 1).
Нагрев также приводит к незначительному уменьшению времени жизни люминесценции на длинах волн
1080 и 1220 нм (рис. 2).
1200
Время жизни, микросекунды
Интенсивность люминесценции, о.е.
30
1
2
3
4
25
20
15
10
5
0
1
2
1000
800
600
400
200
300
400
500
600
700
800
Температура, К
Форма
спектра
люминесценции
позволяет
Рис. 1. Спектры люминесценции исРис. 2. Температурная зависимость вреследуемого образца Bi+Al при возбуж- мен жизни люминесценции исследуемого
выделить как минимум две
дении на длине волны 808 нм, полуобразца Bi+Al, измеренная на длинах
полосы люминесценции – на
ченные при температурах:
волн 1 - 1220 и 2 - 1080 нм
1080 и 1220 нм, каждой из
1- 293 K, 2- 473 K, 3- 673 K, 4- 873 K при накачке на длине волны 808 нм
которых присуще характерное
время жизни. Обнаруженное поведение спектров и кинетики
люминесценции может быть объяснено, если предположить, что за люминесценцию в исследуемом образце
ответственны два типа активных, ассоциированных с висмутом центра [4]. Слабая температурная
зависимость параметров люминесценции свидетельствует об отсутствии канала передачи энергии
электронного возбуждения колебаниям сетки диоксида кремния, что позволяет рассматривать висмутовые
центры как междоузельные включения. Тем самым объясняется невозможность существенного увеличения
концентрации висмута без образования кластеров.
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
Длина волны, микроны
Список литературы
1. Dianov E.M. Proc. of SPIE. 2008. V.6890. Р.68900H1-11.
2. Peng M., Dong G. J. Non_Crystalline Solids. 2011. V.357. Р.2241.
3. Golant K.M. Deffects in SiO2 and Related Dielectrics: Science and Technology. / Ed. Pacchioni G. Kluwer
Academic Publishers, 2000. Р.427.
4. Базакуца А.П., Бутов О.В., Савельев Е.А., Голант К.М. Радиотехника и электроника. 2012. Т.57. №6.
С.1–9.