ヘテロ界面での光散乱による希土類イオンドープ分相ガラスの発光特性

稀土离子掺杂分相玻璃异质界面光散射的发光特性

• 批准号: 11875141
• 负责人: 三浦 嘉也
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11875141/
• 关键词: 分相ガラス; 希土類イオン; 光散乱; 蛍光; ヘテロ界面; 光導波路

研究の目的と計画 希土類イオン含有ガラスを分相させることによって生じる不均質界面での光散乱を利用すれば蛍光の発光効率が大きな透明ガラスセラミックスを作製できるので蛍光強度の増大メカニズムを詳しく解析するとともに,異なる分相処理条件(熱処理温度・時間,超音波表面前処理(UST))で作製した分相ガラスの蛍光強度,分相組織と組成,フォノンサイドバンド,蛍光寿命を検討して光閉じ込め効果など分相界面での光散乱現象を利用した高効率発光材料の作製を試みる。成果の概要 分相ガラスを希土類イオンの光学ホストとして用いてその発光特性と分相の度合いとの相関を検討した。分相したほう珪酸塩ガラス(6Na_2O・31B_2O_3・63SiO_2[mol%]・5Eu_2O_3[wt%])の吸収スペクトルと蛍光スペクトルの測定を行ったところ,吸光度と蛍光強度は共に均質なガラスに比べて増大した。吸光度が増大したのは分相によって生じた界面による光散乱が増大したためである。蛍光強度が増大したのは界面により励起光が散乱され,発光に関与するEu^<3+>の数が増加したことによる。さらに詳細な検討を行うためにバイノーダル分相をする13.6NaO_<0.5>・43.6BO_<1.5>・42.8SiO_2・1.0EuO_<1.5>について定量的検討を加えたところ,分相処理温度を700℃に固定し熱処理時間を変化させた場合,蛍光強度は熱処理時間が約6時間までは増大し,それ以降はわずかながら減少した。熱処理時間6時間までは分相によって生じた界面により励起光が散乱され発光に関与するEu^<3+>の数が増加する効果が支配的であり,それ以降は蛍光波長付近の透過率が低下し,ガラス外に放出される蛍光が減少する効果の寄与が支配的になるものと考えられる。蛍光強度が極大を示したガラスでの分相粒径は約300nmであった。時間を固定し,温度を変化させて熱処理した場合,蛍光波長付近(600nm)の光散乱の寄与が小さい時は蛍光強度は励起波長付近(460nm)の光散乱強度に大きく依存することが分かった。散乱粒子が波長と同程度の大きさの場合,光散乱はミーの散乱理論で説明できる。散乱粒子が小さい時には散乱光強度の角度分布は前方散乱と後方散乱がほぼ等しいが,散乱粒子が大きくなると前方散乱が大きくなる。熱処理時間が長くなるに伴い分相粒が大きくなると前方散乱の方が大きくなるために散乱強度は強くなる。しかし熱処理時間が長くなるに伴い蛍光波長付近の透過率が低下しガラス外に放出される蛍光が減少するために熱処理時間が約6時間で蛍光強度が極大を示したものと考えられる。次にCaO-Al_2O_3-SiO_2系ガラスの表面にEr^<3+>・Yb^<3+>ドープCa_2Al_2SiO_7結晶層が析出した透明表面結晶化ガラスをUST法で作製した。この結晶層はガラスより屈折率が大きいので入射光を表面結晶層に閉じこめ光導波させることができた。この結果より,光増幅機能を有する光導波路スラブの作製に関する基礎が確立できた。

The purpose of this study is to investigate the application of light scattering at heterogeneous interfaces to the light emission efficiency of light sources.(Heat treatment temperature·time, ultrasonic surface pretreatment (UST)) to determine the phase separation, optical intensity, phase separation, microstructure, optical lifetime to determine the optical closure, optical scattering phenomenon at the phase separation interface to determine the use of high efficiency optical materials. Summary of the results: phase separation, optical properties, phase separation and correlation The absorbance of the phase separation system (6Na_2O·31B_2O_3·63SiO_2[mol%]·5Eu_2O_3[wt%]) was determined by UV spectrophotometry. The absorbance increases and the phase increases. The intensity of light increases, and the number of Eu^<3+> emitted increases. The phase separation temperature is 13.6NaO_ ·<0.5>43.6BO_<1.5>·42.8SiO_2·1.0EuO_<1.5>·The phase separation temperature is 700℃, the heat treatment time is fixed, and the light intensity increases with the heat treatment time of about 6 hours, and decreases with the heat treatment time. The heat treatment time is 6 hours. The phase separation interface is generated. The excitation light is scattered. The number of Eu &lt;3+&gt; increases. The transmittance decreases. The emission of Eu &lt;3+&gt; decreases. The maximum intensity of light is about 300nm. When the time is fixed and the temperature is changed, the intensity of light scattering near the excitation wavelength (460nm) depends greatly on the intensity of light scattering near the excitation wavelength (600nm). When the wavelength of scattered particles is the same, the theory of light scattering is explained. Scattered particles are small, scattered light intensity is angular, scattered particles are large, scattered particles are large, scattered light intensity is angular, scattered light intensity is angular. Heat treatment time is long, phase separation particles are large, front scattering is large, scattering intensity is strong. The heat treatment time is about 6 hours, and the light intensity is about 6 hours. Second, Er^&lt;3+&gt;·Yb^&lt;3 +&gt;-Ca_2Al_2SiO_7 crystalline layer was precipitated on the surface of CaO-Al_2O_3-SiO_2 system and crystallized on the transparent surface by UST method. The refractive index of the crystalline layer is high, and the incident light is high. As a result, the basis for the operation of the optical waveguide system has been established.

项目成果

姫井裕助: "Ca_2Al_2SiO_7の表面結晶化ガラスの光導波路特性"J.Ceram.Soc.Japan. 109巻,5号(印刷中). (2001)

Yusuke Himei：“Ca_2Al_2SiO_7 表面结晶玻璃的光波导特性”J.Ceram.Soc.Japan，第 109 卷，第 5 期（出版中）。

姚 治東: "Compositional dependence of Judd-Ofelt parameters of Er^<3+> in borosilicate glasses"Physics and Chemistry of Glasses. 40・4. 179-183 (1999)

姚继东：“硼硅酸盐玻璃中Er^<3+>的Judd-Ofelt参数的成分依赖性”玻璃物理与化学40・4（1999）。

姚 治東: "Photoluminescence increase of Er^<3+> in Na_2O-Nb_2O_5-SiO_2 glasses after crystallization"Journal of Non-Crystalline Solids. 259. 45-50 (1999)

姚继东：“Na_2O-Nb_2O_5-SiO_2玻璃晶化后Er^<3+>的光致发光增加”非晶固体杂志259. 45-50(1999)。