Нелинейное пропускание фторфосфатного стекла с квантовыми точками сульфидов и селенидов кадмия и свинца при воздействии фемтоcекундного лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона

Никоноров Николай Валентинович, Колобкова Елена Вячеславовна, Цыпкин Антон Николаевич, Исмагилов Азат Олфатович, Опарин Егор Николаевич, Асеев Владимир Анатольевич

doi:10.17586/2226-1494-2025-25-4-602-608

2025 , ТОМ 25, НОМЕР 4 ( июль-август )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2025-25-4-602-608

УДК 608.1

Нелинейное пропускание фторфосфатного стекла с квантовыми точками сульфидов и селенидов кадмия и свинца при воздействии фемтоcекундного лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона

Никоноров Н.В., Колобкова Е.В., Цыпкин А.Н., Исмагилов А.О., Опарин Е.Н., Асеев В.А.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Никоноров Н.В., Колобкова Е.В., Цыпкин А.Н., Исмагилов А.О., Опарин Е.Н., Асеев В.А. Нелинейное пропускание фторфосфатного стекла с квантовыми точками сульфидов и селенидов кадмия и свинца при воздействии фемтоcекундного лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2025. Т. 25, № 4. С. 602–608. doi: 10.17586/2226-1494-2025-25-4-602-608

Аннотация

Введение. Исследованы нелинейно оптические свойства фторфосфатного стекла с квантовыми точками сульфидов и селенидов кадмия (CdS и CdSe) и свинца (PbS и PbSe) при воздействии импульсного фемтосекундного лазера ближнего инфракрасного диапазона. Метод. Фторфосфатные стекла с квантовыми точками получены методом высокотемпературного синтеза из шихтных реактивов с последующей дополнительной термообработкой. Нелинейное пропускание исследовалось при воздействии излучения импульсного лазера с длиной волны 1050 нм и длительностью 100 фс. Основные результаты. Показано, что во фторфосфатных стеклах с квантовыми точками CdS и CdSe пропускание на длине волны 1050 нм составляет 0,78 и 0,88 соответственно и практически не меняется в дапазоне падающей на стекло средней мощности фемтосекундного лазерного излучения от 30 до 2000 мВт. Для той же длины волны пропускание составило: 0,62 для образца с квантовыми точками PbS и 0,1 — для образца PbSe. Для образцов стекол с квантовыми точками PbS и PbSe обнаружено уменьшение пропускания с увеличением мощности лазерного излучения, т. е. нелинейное пропускание (лимитинг). Порог ограничения мощности проходящего через образец лазерного излучения, при которой пропускание уменьшается более чем на 20 %, для образца с квантовыми точками PbS составил 1265 мВт, а при входной мощности около 1530 мВт этот образец имел пропускание менее 0,1 %. Порог ограничения мощности лазерного излучения для образца с квантовыми точками PbSe составил 600 мВт, а при входной мощности около 750 мВт этот образец практически не пропускал лазерное излучение. Обсуждение. Фторфосфатные стекла с квантовыми точками PbS и PbSe можно использовать в качестве фильтров-лимитеров для защиты фотоприемных устройств от импульсного лазерного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне.

Ключевые слова: фторфосфатное стекло, квантовые точки сульфида кадмия, квантовые точки сульфида свинца, квантовые точки селенида кадмия, квантовые точки селенида свинца, нелинейно оптическое пропускание, нелинейно оптический лимитер

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 24-43-20020).

Список литературы

Shirk J.S., Pong R.G.S., Flom S.R., Boyle M.E., Snow A.W. Materials for reverse saturable absorption optical limiters // Materials Research Society Symposium Proceedings. 1994. V. 374. P. 201–209. https://doi.org/10.1557/PROC-374-201
Hollins R.C. Materials for optical limiters // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 1999. V. 4. N 2. P. 189–196. https://doi.org/10.1016/S1359-0286(99)00009-1
Wang J., Blau W.J. Inorganic and hybrid nanostructures for optical limiting // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2009. V. 11. N 2. P. 024001. https://doi.org/10.1088/1464-4258/11/2/024001
Kost A., Jensen J.E., Klein M.B., McCahon S.W., Haeri M.B., Ehritz M.E. Optical limiting with C₆₀solutions // Proceedings of SPIE. 1994. V. 2229. P. 78–90.
Kost A., Jensen J.E., Klein M.B., Withers J.C., Loufty R.O., Haeri M.B., Ehritz M.E. Fullerene-based large-area passive broadband laser filters // Proceedings of SPIE. 1994. V. 2284. P. 208–219. https://doi.org/10.1117/12.196131
Vincent D., Petit S., Chin S.L. Optical limiting studies in a carbon-black suspension for subnanosecond and subpicosecond laser pulses // Applied Optics. 2002. V. 41. N 15. P. 2944–2946. https://doi.org/10.1364/AO.41.002944
Wang J., Chen Y., Blau W.J. Carbon nanotubes and nanotube composites for nonlinear optical devices // Journal of Materials Chemistry. 2009. V. 19. N 40. P. 7425–7443. https://doi.org/10.1039/b906294g
Koudoumas E., Kokkinaki O., Konstantaki M., Couris S., Korovin S., Detkov P., Kuznetsov V., Pimenov S., Pustovoi V. Onion-like carbon and diamond nanoparticles for optical limiting // Chemical Physics Letters. 2002. V. 357. N 5–6. P. 336–340. https://doi.org/10.1016/s0009-2614(02)00557-2
Wang J., Früchtl D., Blau W.J. The importance of solvent properties for optical limiting of carbon nanotube dispersions // Optics Communications. 2010. V. 283. N 3. P. 464–468. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2009.10.020
Venediktova A.V., Vlasov A.Y., Obraztsova E.D., Videnichev D.A., Kislyakov I.M., Sokolova E.P. Stability and optical limiting properties of a single wall carbon nanotubes dispersion in a binary water-glycerol solvent // Applied Physics Letters. 2012. V. 100. N 25. P. 251903. https://doi.org/10.1063/1.4729790
Ширшнев П.С., Никоноров Н.В., Соболев Д.И., Ким А.А., Кисляков И.М., Поваров C.С., Белоусова И.М. Нелинейно оптический лимитер импульсного лазерного излучения на основе калиевоалюмоборатного стекла с нанокристаллами хлорида меди // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 10. C. 69–74.
Lipovskii A.A., Yakovlev I.E., Kolobkova E.V., Petrikov V.D. Formation and growth of semiconductor nanocrystals in phosphate glass matrix // Journal of the European Ceramic Society. 1999. V. 19. N 6-7. P. 865–869. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(98)00333-1
Kolobkova E.V., Lipovskii A.A., Petrikov V.D., Melekhin V.G. Fluorophosphate glasses with quantum dots based on lead sulfide // Glass Physics and Chemistry. 2002. V. 28. N 4. P. 251–255. https://doi.org/10.1023/A:1019918530283
Kolobkova E.V., Polyakova A.V., Abdrshin A.N., Nikonorov N.V., Aseev V.A. Nanostructured glass ceramic based on fluorophosphate glass with PbSe quantum dots // Glass Physics and Chemistry. 2015. V. 41. N 1. P. 127–131. https://doi.org/10.1134/S1087659615010137
Melekhin V.G., Kolobkova E.V., Lipovskii A.A., Petrikov V.D., Malyarevich A.M., Savitsky V.G. Fluorophosphate glasses doped with PbSe quantum dots and their nonlinear optical characteristics // Glass Physics and Chemistry. 2008. V. 34. N 4. P. 351–355. https://doi.org/10.1134/s1087659608040020
Vaynberg B., Matusovsky M., Rosenbluh M., Kolobkova E., Lipovskii A.High optical nonlinearity of CdS_xSe_1-X microcrystals in fluorine-phosphate glass // Optics Communications. 1996. V. 132. N 3-4. P. 307–310. https://doi.org/10.1016/0030-4018(96)00373-2
William Yu W., Lianhua Qu, Wenzhuo Guo, and Xiaogang Peng. Experimental determination of the extinction coefficient of CdTe, CdSe, and CdS nanocrystals // Chemistry of Materials. 2003. V. 15. N 14. P. 2854–2860. https://doi.org/10.1021/cm034081k
AllanG., DelerueC. Confinement effects in PbSe quantum wells and nanocrystals // Physical Review B. 2004. V. 70. N 24. P. 245321. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.245321
Kolobkova E., Lipatova Z., Abdrshin A., Nikonorov N. Luminescent properties of fluorine phosphate glasses doped with PbSe and PbS quantum dots // Optical Materials. 2017. V. 65. P. 124–128. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.09.033
Boyd R.W., Gaeta A.L., Giese E. Nonlinear optics // Springer Handbook of Atomic, Molecular, and Optical Physics. 2023. P. 1097–1110. https://doi.org/10.1007/978-3-030-73893-8_76
YuJ., Durmusoglu E.G., Ren Y., Fang W., Zhou Y., Chu L., Liu B., Demir H.V. Dual type-II colloidal quantum wells for efficient nonlinear optical limiting // ACS Nano. 2025. V. 19. N 9. P. 9273–9281. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c00391
Дворников Д.П., Ивченко Е.Л., Першин В.В., Ярошецкий И.Д. О влиянии переходов через глубокие примесные центры на процесс нелинейного поглощения в полупроводниках // Физика и техника полупроводников. 1976. Т. 10. № 12. С. 2316–2320.
Грасюк А.З., Зубарев И.Г., Миронов А.Б., Полуэктов И.А. О спектре двухфотонного межзонного поглощения лазерного излучения в GaAs // Физика и техника полупроводников. 1976. Т. 10. № 2. С. 262–270.
Арешев И.И. О двухфотонном межзонном поглощении лазерного излучения в полупроводниках с участием примесных уровней // Физика и техника полупроводников. 1977. Т. 11. № 5. С. 962–964.
Балтрамеюнас Р.А., Вайткус Ю.Ю., Гаврюшин В.И. Поглощение света неравновесными двухфотонно генерируемыми свободными и локализованными носителями носителями в монокристаллах ZnTe // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1984. Т. 87. № 1. С. 74–83.
Kolobkova E., Alkhlef A., Mironov L.Y., Bogdanov O. Effect of the phosphate content on the spectroscopic and lasing properties of Er³⁺/Yb³⁺- doped fluorophosphate glasses // Ceramics International. 2020. V. 46. N 16. Part B. P. 26396–26402. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.221
Bogdanov O.A., Kolobkova E.V., Perevislov S.N.Thermomechanical properties and structure of fluorophosphate glasses activated with Nd³⁺ at different concentrations of Ba(PO₃)₂// Glass Physics and Chemistry. 2021. V. 47. N 4. P. 334–339. https://doi.org/10.1134/S1087659621040052

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License