Poskytovatel: Grantová agentura Akademie věd ČR
Řešitel: Dr. Ing. Ivan Kašík
Členi: Ing. Jan Aubrecht, Ph.D.; Dr. Ing. Pavel Honzátko; Ing. Jan Mrázek, Ph.D.; Ing. Pavel Peterka, Ph.D.; Ing. Ondřej Podrazký, Ph.D.; RNDr. Radan Slavík, Ph.D., DSc.
Od: 2012-07-01
Do: 2015-06-30
Hlavní myšlenkou navrhovaného projektu je zvýšení účinnosti thuliem dopovaných vláknových laserů cestou zabudování keramických nanočástic dopovaných prvky vzácných zemin (RE) do skelné matrice optických vláken. Keramické nanočástice brání klastrování prvků vzácných zemin, které by jinak podporovalo nežádoucí nezářivé přechody a snižovalo tak účinnost laseru. Velikost nanočástic na úrovni jednotek až několika desítek nanometrů zároveň nemá zásadní vliv na nárůst optického útlumu aktivního vlákna, který by rovněž mohl přispívat k nežádoucímu snížení účinnosti laseru. Dalším důvodem pro zvýšení účinnosti by měla být nižší fononová energie keramických nanočástic oproti sklovině jádra vláken. Navržený přístup vyžaduje řešení zásadní otázky teplotní stability nanočástic, která úzce souvisí s jejich složením. Projekt bude zaměřen na metody přípravy nových thuliem (popř. thuliem a holmiem) dopovaných anokrystalických titanátů ((RExY1-x)2 Ti2 O7, (Tmx Y1-x)3 Al5 O12) zabudovaných do matrice měkkých optických skel vhodných pro tažení vláken s cílem posílení luminiscence připravovaných materiálů. Tyto nové materiály společně s vyvinutými metodickými postupy jejich přípravy budou představovat hlavní výsledky projektu.
S využitím metody sol-gel bylo vypracováno několik postupů syntézy nanočástic založených na kondenzaci anorganických solí s alkoxidy titanu. Tyto postupy vedly k přípravě nanokrystalických titanátů (RExY1-x) 2Ti2O7 a oxidů (RExY1-x) 2O3 (RE = prvky vzácných zemin). I když byla práce zaměřena primárně na dopování nanočástic ionty Ho3+nebo Tm3+, byla připravena celá řada sloučenin obsahujích další prvky vzácných zemin jako např. Eu3+, Er3+, Dy3+, Nd3+ a Yb3+.
U vybraných sloučenin titanátů (EuxY1-x) 2Ti2O7 a oxidů (EuxY1-x) 2O3 byl studován vliv struktury připravených nanokrystalů na jejich optické vlastnosti. Bylo zjištěno, že intenzita a doba života emise monotóně vzrůstá s rostoucí koncentrací ytritých iontů v krystalové mřížce. V závislosti na složení studovaných sloučenin doba života emise rostla v rozmezí od 12 us pro čistou fázi Eu2Ti2O7 po 1,97 ms pro sloučeninu (Eu0,05Y0,95)2Ti2O7. Obdobný průběh byl pozorován u oxidů (EuxY1-x) 2O3, kde doba života emise rostla v rozmezí od 6 us pro čistou fázi Eu 2O3 do 1,5 ms pro sloučeninu (Eu0,05Y0,95) 2O3. Kromě výrazného koncentračního vlivu ytritých iontů v krystalové mřížce byla pozorována závislost luminiscenčních vlastností na velikosti připravených nanokrystalů. Nejvyšší intenzita emise a s ní související doba života byla pozorována u nanokrystalů o velikosti kolem 30 nm.
