Разработка оптической керамики на основе иттрий-скандий-алюминиевого граната легированного иттербием и эрбием для фотоники

Данный проект направлен на разработку способов получения и исследование свойств оптической керамики на основе скандий содержащих твердых растворов со структурой граната легированных катионами эрбия (Er3+) и иттербия (Yb3+) (YSAG:Er:Yb). Предполагается, что YSAG:Er:Yb может стать перспективным материалом для создания активных сред твердотельных лазеров, лидаров и активных реконфигурируемых элементов в системах связи C-диапазона. В основе данного предположения лежит тот факт, что внедрение катионов скандия (Sc3+) в кристаллическую решетку граната приводит к появлению искажений кристаллического поля, что, в свою очередь, находит отражение в изменении спектрально-люминесцентных, оптических, физических и теплофизических характеристик гранатов, что открывает возможность целенаправленно создавать функциональные материалы с заданными свойствами посредством изменения концентрации скандия. В связи с этим изучение зависимости свойств YSAG:Er:Yb от состава твердого раствора имеет важное прикладное значение для отработки технологий получения активных сред. Научная проблема состоит в том, что оптические и теплофизические свойства твердых растворов с преимущественным внедрением Sc3+ в додекаэдрическую позицию кристаллической решетки граната практически не изучены. Основанная причина заключается в сложности получения объектов для исследования, так как эти растворы не устойчивы при температурах выращивания монокристаллов. Технологии керамики используют более низкие температуры для спекания, что позволяет создавать оптически прозрачные среды на основе нестабильных скандий содержащих твердых растворов с высокими концентрациями скандия в додекаэдрической и октаэдрической позициях. В связи с этим, исследования причин распада скандий содержащих твердых растворов со структурой граната на механические смеси при температурах спекания керамики, а также установление зависимости предельных концентраций скандия в додекаэдрической и октаэдрической позициях кристаллической решетки от катионного состава и условий синтеза керамики являются актуальными. В условиях отсутствия общепризнанной теории твердых растворов со структурой граната, только экспериментальные исследования могут являться надежным источником информации о возможных составах монофазных скандий содержащих оксидных композиций. В связи с этим конкретной задачей проекта является определить области составов скандий-содержащих твердых растворов со структурой граната образующихся в системе оксидных композиций Y2O3-Er2O3-Yb2O3-Sc2O3-Al2O3, которые имеют потенциал применения в создании оптической керамики для изделий фотоники. Научная новизна предлагаемого проекта состоит в разработке методик получения и исследования свойств оптической керамики на основе скандий-содержащих твердых растворов со структурой граната с ранее недостижимыми концентрациями скандия в додекаэдрических позициях кристаллической решетки. В рамках проекта, впервые будет проведен анализ теплофизических и спектрально-люминесцентных характеристик оптических керамик в зависимости от содержания скандия в додекаэдрической и октаэдрической позициях при различном легировании, а также определена взаимосвязь свойств оптической керамики с условиями синтеза порошков, компактирования и вакуумного спекания.