Spectroscopic study of calcium aluminate-based glasses with Nd3+

[摘要]

[学科分类] 化学（综合）

[关键词] lasers;calcium-aluminate glasses;neodymium.   INTRODUÇÃO Os vidros a base de aluminato de cálcio são estudados desde a década de 401 devido às suas excelentes características mecânicas e ópticas. O sistema binário CaO - Al2O3 apresenta transmissão na região do infravermelho até 6mm1 . Todavia este sistema possui a tendência de devitrificar-se facilmente. Tal problema é geralmente contornado adicionando-se à composição do vidro;óxidos que aumentam sua estabilidade frente à cristalização (geralmente óxidos de metais alcalinos ou alcalino terrosos). A adição destes óxidos pode causar redução da transmissão na região do infravermelho. Essa redução é devido ao fato de que;geralmente são usados óxidos de metais leves. Na tentativa de obter-se um equilíbrio entre a transmissão e a estabilidade;são também adicionadas pequenas quantidades de SiO2 e outros óxidos;obtendo-se assim;vidros a partir de formadores de rede não convencionais. Como na maioria dos vidros óxidos;pode-se observar no sistema aluminato de cálcio o aparecimento de uma banda de absorção muito pronunciada causada pela presença do grupo hidroxila (OH-)2. Esta banda ocorre entre 2;7 e 3;8mm;dependendo da composição da matriz e reduz significativamente a transmissão nesta região espectral. Ela pode ser evitada preparando-se a amostra sob vácuo. Com este procedimento Davy2 obteve transmissão no infravermelho próxima à da safira (Al2O3) (5mm) que;quando dopada com Cr3+;é usada como meio ativo de laseres (laser de rubi). Os vidros a base de aluminato podem ser utilizados no desenvolvimento de componentes ópticos que necessitam operar em ambientes hostis;como atmosferas corrosivas;altas temperaturas;etc. Eles são concorrentes diretos dos vidros fluoretos que;apesar de possuírem energia de fônons mais baixas (500cm-1)3;apresentam baixa resistência à tração e ao choque térmico;além de sofrerem corrosão pela água4. Como exemplo;os vidros aluminatos estudados nesse trabalho apresentam dureza de Vickers de @800MPa (@250MPa para vidros fluoretos) e temperatura de transição vítrea (TG) de 750oC5 (@250oC para vidros fluoretos). Uma outra aplicação possível para os vidros aluminato é a de meio ativo na obtenção de laseres na região do infravermelho. Para isso;geralmente são inseridos nas matrizes íons terras raras 3+ (TR);como no caso deste trabalho o Nd3+. Este íon possui absorção na região de 800nm (4I9/2® 4F 5/2);o que possibilita a construção de um laser bombeado por laser de diodo. Um exemplo disto é a utilização em telecomunicações de laseres de Nd-YAG (yttrium alluminum garnet ou granada de ítrio e alumínio) ou Nd-YLF (yttrium lithium fluoride ou fluoreto de lítio e ítrio);bombeados por laser de diodo (InGaAsP com emissão em 800-820nm)6 O Nd3+ possui uma emissão em @1300nm;que pode ser empregada como fonte de sinal para fibras de sílica;as quais possuem uma janela de transmissão neste comprimento de onda. Laseres pulsados de alta potência também podem ser construídos empregando os vidros a base de aluminato de cálcio;pois devido às suas propriedades mecânicas7;ele suportaria a alta densidade de energia de bombeio necessária nestes tipos de laseres. Neste artigo são mostrados os resultados da investigação de sistemas vítreos quaternários a base de aluminato de cálcio com baixa quantidade de SiO2;contendo íons Nd3+ em diversas concentrações. O objetivo é avaliar a possível utilização destes vidros como meio ativo para laseres no IV.  PARTE EXPERIMENTAL