ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2025-25-4-602-608ntv-484Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИOPTICAL ENGINEERINGНелинейное пропускание фторфосфатного стекла с квантовыми точками сульфидов и селенидов кадмия и свинца при воздействии фемтоcекундного лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазонаNonlinear transmission of fluorophosphate glass with quantum dots of cadmium and lead sulfides and selenides under near-IR of femtosecond laser irradiationhttps://orcid.org/0000-0002-1341-067XНиконоровН. В.NikonorovN. V.

Николай Валентинович Никоноров, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий профессор

197101; Санкт-Петербург

sc 7003772604

Nikolay V. Nikonorov, D.Sc. (Physics & Mathematics), Full Professor

197101; Saint Petersburg

sc 7003772604

nikonorov@oi.ifmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0134-8434КолобковаЕ. В.KolobkovaE. V.

Елена Вячеславовна Колобкова, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры, профессор практики

197101; 190013; Санкт-Петербург

sc 57604636700

Elena V. Kolobkova, D.Sc. (Chemistry), Full Professor, Professor of Practice

197101; 190013; Saint Petersburg

sc 57604636700

kolobok106@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9254-1116ЦыпкинА. Н.TsypkinA. N.

Антон Николаевич Цыпкин, доктор физико-математических наук, доцент, доцент кафелры

197101; Санкт-Петербург

sc 56366230300

Anton N. Tsypkin, D.Sc. (Physics & Mathematics), Associate Professor, Associate Professor at the Department

197101; Saint Petersburg

sc 56366230300

tsypkinan@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5844-2966ИсмагиловА. О.IsmagilovA. O.

Азат Олфатович Исмагилов, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

197101; Санкт-Петербург

 sc 57195673891

Azat O. Ismagilov, PhD (Physics & Mathematics), Scientific Researcher

197101; Saint Petersburg

 sc 57195673891

ismagilov.azat@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4009-7594ОпаринЕ. Н.OparinЕ. N.

Егор Николаевич Опарин, аспирант, научный сотрудник

197101; Санкт-Петербург

sc 57209803630

Еgor N. Oparin, PhD Student, Scientific Researcher

197101; Saint Petersburg

sc 57209803630

oparine2@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4098-2136АсеевВ. А.AseevV. A.

Владимир Анатольевич Асеев, кандидат физико-математических наук, доцент

197101; Санкт-Петербург

sc 7004254881

Vladimir A. Aseev, PhD (Physics & Mathematics), Associate Professor

197101; Saint Petersburg

sc 7004254881

aseev@oi.ifmo.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian FederationУниверситет ИТМО; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)РоссияITMO University; Saint Petersburg State Institute of TechnologyRussian Federation202529082025254602608Copyright © Никоноров Н.В., Колобкова Е.В., Цыпкин А.Н., Исмагилов А.О., Опарин Е.Н., Асеев В.А., 20252025Никоноров Н.В., Колобкова Е.В., Цыпкин А.Н., Исмагилов А.О., Опарин Е.Н., Асеев В.А.Nikonorov N.V., Kolobkova E.V., Tsypkin A.N., Ismagilov A.O., Oparin Е.N., Aseev V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/484   Введение

   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

   Метод. Фторфосфатные стекла с квантовыми точками получены методом высокотемпературного синтеза из шихтных реактивов с последующей дополнительной термообработкой. Нелинейное пропускание исследовалось при воздействии излученияь импульсного лазера с длиной волны 1050 нм и длительностью 100 фс.

   Основные результаты

   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

   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.

   Nonlinear optical properties of fluorophosphate glass with quantum dots of cadmium sulfides and selenides (CdS and CdSe) and lead (PbS and PbSe) were studied using a pulsed femtosecond near-IR laser. Fluorophosphate glasses with CdS, CdSe, PbS and PbSe quantum dots were obtained by high-temperature synthesis with additional heat treatment. Nonlinear absorption was studied under the action of a pulsed laser at a wavelength of 1050 nm and a duration of 100 fs. It is shown that the transmission at 1050 nm in fluorophosphate glasses with CdS and CdSe quantum dots is 0.78 and 0.88, respectively. In addition, increasing the average power of femtosecond laser radiation from 30 to 2000 mW does not lead to a change in their transmission. For this wavelength, the transmission was 0.1 for the sample with PbS nanocrystals and 0.65 for the sample with PbSe quantum dots. A decrease in transmission with increasing laser radiation power was shown for glass samples with PbS and PbSe quantum dots, i. e., nonlinear transmission (limiting) was observed. The threshold for limiting the power of laser radiation passing through the sample, i.e., the power at which the transmission decreases by more than 20 %, for the sample with PbS quantum dots was 1265 mW, and for an input power of about 1530 mW, this sample had a transmission of less than 0.1 %. The laser power limitation threshold for the PbSe quantum dot sample was 600 mW, and for an input power of about 750 mW it had a transmittance of less than 0.1 %. Fluorophosphate glasses with lead sulfide and selenide quantum dots can be used as limiting filters to protect photodetectors from pulsed laser radiation in the near IR range.

фторфосфатное стеклоквантовые точки сульфида кадмияквантовые точки сульфида свинцаквантовые точки селенида кадмияквантовые точки селенида свинцанелинейно оптическое пропусканиенелинейно оптический лимитерfluorophosphate glasscadmium sulfide quantum dotslead sulfide quantum dotscadmium selenide quantum dotslead selenide quantum dotsnonlinear optical transmissionnonlinear optical limiterРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 24-43-20020)The work was supported by the Russian Science Foundation (Project No. 24-43-20020)ReferencesShirk 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. doi: 10.1557/PROC-374-201Shirk 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, vol. 374, pp. 201–209. doi: 10.1557/PROC-374-201Hollins R.C. Materials for optical limiters // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 1999. V. 4. N 2. P. 189–196. doi: 10.1016/S1359-0286(99)00009-1Hollins R.C. Materials for optical limiters. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 1999, vol. 4, no. 2, pp. 189–196. doi: 10.1016/S1359-0286(99)00009-1Wang 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. doi: 10.1088/1464-4258/11/2/024001Wang J., Blau W.J. Inorganic and hybrid nanostructures for optical limiting. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, 2009, vol. 11, no. 2, pp. 024001. doi: 10.1088/1464-4258/11/2/024001Kost A., Jensen J.E., Klein M.B., McCahon S.W., Haeri M.B., Ehritz M.E. Optical limiting with C60 solutions // Proceedings of SPIE. 1994. V. 2229. P. 78–90.Kost A., Jensen J.E., Klein M.B., McCahon S.W., Haeri M.B., Ehritz M.E. Optical limiting with C60 solutions. Proceedings of SPIE, 1994, vol. 2229, pp. 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. doi: 10.1117/12.196131Kost 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, vol. 2284, pp. 208–219. doi: 10.1117/12.196131Vincent 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. doi: 10.1364/AO.41.002944Vincent D., Petit S., Chin S.L. Optical limiting studies in a carbon-black suspension for subnanosecond and subpicosecond laser pulses. Applied Optics, 2002, vol. 41, no. 15, pp. 2944–2946. doi: 10.1364/AO.41.002944Wang 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. doi: 10.1039/b906294gWang J., Chen Y., Blau W.J. Carbon nanotubes and nanotube composites for nonlinear optical devices. Journal of Materials Chemistry, 2009, vol. 19, no. 40, pp. 7425–7443. doi: 10.1039/b906294gKoudoumas 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. doi: 10.1016/s0009-2614(02)00557-2Koudoumas 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, vol. 357, no. 5–6, pp. 336–340. doi: 10.1016/s0009-2614(02)00557-2Wang 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. doi: 10.1016/j.optcom.2009.10.020Wang J., Früchtl D., Blau W.J. The importance of solvent properties for optical limiting of carbon nanotube dispersions. Optics Communications, 2010, vol. 283, no. 3, pp. 464–468. doi: 10.1016/j.optcom.2009.10.020Venediktova 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. doi: 10.1063/1.4729790Venediktova 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, vol. 100, no. 25, pp. 251903. doi: 10.1063/1.4729790Ширшнев 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.Shirshnev P.S., Nikonorov N.V., Sobolev D.I., Kim A.A., Kislyakov I.M., Povarov S.S., Belousova I.M. Nonlinear optical limiter of pulsed laser radiation based on potassium–aluminum–borate glass with copper chloride nanocrystals. Journal of Optical Technology. 2017, vol. 84, no. 10, pp. 705–709. doi: 10.1364/JOT.84.000705Lipovskii 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. doi: 10.1016/S0955-2219(98)00333-1Lipovskii 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, vol. 19, no. 6-7, pp. 865–869. doi: 10.1016/S0955-2219(98)00333-1Kolobkova 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. doi: 10.1023/A:1019918530283Kolobkova 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, vol. 28, no. 4, pp. 251–255. doi: 10.1023/A:1019918530283Kolobkova 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. doi: 10.1134/S1087659615010137Kolobkova 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, vol. 41, no. 1, pp. 127–131. doi: 10.1134/S1087659615010137Melekhin 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. doi: 10.1134/s1087659608040020Melekhin 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, vol. 34, no. 4, pp. 351–355. doi: 10.1134/s1087659608040020Vaynberg B., Matusovsky M., Rosenbluh M., Kolobkova E., Lipovskii A. High optical nonlinearity of CdSxSe1-X microcrystals in fluorine-phosphate glass // Optics Communications. 1996. V. 132. N 3-4. P. 307–310. doi: 10.1016/0030-4018(96)00373-2Vaynberg B., Matusovsky M., Rosenbluh M., Kolobkova E., Lipovskii A. High optical nonlinearity of CdSxSe1-X microcrystals in fluorine-phosphate glass. Optics Communications, 1996, vol. 132, no. 3-4, pp. 307–310. doi: 10.1016/0030-4018(96)00373-2William 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. doi: 10.1021/cm034081kWilliam 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, vol. 15, no. 14, pp. 2854–2860. doi: 10.1021/cm034081kAllan G., Delerue C. Confinement effects in PbSe quantum wells and nanocrystals // Physical Review B. 2004. V. 70. N 24. P. 245321. doi: 10.1103/PhysRevB.70.245321Allan G., Delerue C. Confinement effects in PbSe quantum wells and nanocrystals. Physical Review B, 2004, vol. 70, no. 24, pp. 245321. doi: 10.1103/PhysRevB.70.245321Kolobkova 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. doi: 10.1016/j.optmat.2016.09.033Kolobkova E., Lipatova Z., Abdrshin A., Nikonorov N. Luminescent properties of fluorine phosphate glasses doped with PbSe and PbS quantum dots. Optical Materials, 2017, vol. 65, pp. 124–128. doi: 10.1016/j.optmat.2016.09.033Boyd R.W., Gaeta A.L., Giese E. Nonlinear optics // Springer Handbook of Atomic, Molecular, and Optical Physics. 2023. P. 1097–1110. doi: 10.1007/978-3-030-73893-8_76Boyd R.W., Gaeta A.L., Giese E. Nonlinear optics. Springer Handbook of Atomic, Molecular, and Optical Physics, 2023, pp. 1097–1110. doi: 10.1007/978-3-030-73893-8_76Yu J., 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. doi: 10.1021/acsnano.5c00391Yu J., 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, vol. 19, no. 9, pp. 9273–9281. doi: 10.1021/acsnano.5c00391Дворников 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.Dvornikov D.P., Ivchenko E.L., Pershin V.V., Yaroshetskii I.D. The influence of transitions through deep impurity centers on the process of nonlinear absorption in semiconductors. Fizika i tehnika poluprovodnikov, 1976, vol. 10, no. 12, pp. 2316–2320. (in Russian)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.Grasyuk A.Z., Zubarev I.G., Mironov A.B., Poluéktov I.A. The spectrum of a two-photon interband impurity absorption of laser radiation in GaAs. Fizika i tehnika poluprovodnikov, 1976, vol. 10, no. 2, pp. 262–270. (in Russian)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.Areshev I.I. Two-photon interband absorption of laser radiation in semiconductors with the participation of impurity levels. Fizika i tehnika poluprovodnikov, 1977, vol. 11, no. 5, pp. 962–964. (in Russian)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.Baltraneyunas R.A., Vaitkus Yu.Yu., Gavryushin V.I. Light absorption by nonequilibrium, two-photon-generated, free and localized carriers in ZnTe. Soviet Physics — JETP, 1984. vol. 60, no. 1, pp. 43–48.Kolobkova E., Alkhlef A., Mironov L.Y., Bogdanov O. Effect of the phosphate content on the spectroscopic and lasing properties of Er<sup>3+</sup>/Yb<sup>3+</sup>-doped fluorophosphate glasses // Ceramics International. 2020. V. 46. N 16. Part B. P. 26396–26402. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.04.221Kolobkova E., Alkhlef A., Mironov L.Y., Bogdanov O. Effect of the phosphate content on the spectroscopic and lasing properties of Er<sup>3+</sup>/Yb<sup>3+</sup>-doped fluorophosphate glasses. Ceramics International, 2020, vol. 46, no. 16, part B, pp. 26396–26402. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.04.221Bogdanov O.A., Kolobkova E.V., Perevislov S.N. Thermomechanical properties and structure of fluorophosphate glasses activated with Nd<sup>3+</sup> at different concentrations of Ba(PO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> // Glass Physics and Chemistry. 2021. V. 47. N 4. P. 334–339. doi: 10.1134/S1087659621040052Bogdanov O.A., Kolobkova E.V., Perevislov S.N. Thermomechanical properties and structure of fluorophosphate glasses activated with Nd<sup>3+</sup> at different concentrations of Ba(PO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>. Glass Physics and Chemistry, 2021, vol. 47, no. 4, pp. 334–339. doi: 10.1134/S1087659621040052

The authors declare that there are no conflicts of interest present.