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

   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 излученияь 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.

1. 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. doi: 10.1557/PROC-374-201

2. Hollins 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)00009-1

3. 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. doi: 10.1088/1464-4258/11/2/024001

4. 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. V. 2229. P. 78–90.

5. 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: 10.1117/12.196131

6. 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. doi: 10.1364/AO.41.002944

7. 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. doi: 10.1039/b906294g

8. 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. doi: 10.1016/s0009-2614(02)00557-2

9. 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. doi: 10.1016/j.optcom.2009.10.020

10. 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. doi: 10.1063/1.4729790

11. 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.

12. 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. doi: 10.1016/S0955-2219(98)00333-1

13. 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. doi: 10.1023/A:1019918530283

14. 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. doi: 10.1134/S1087659615010137

15. 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. doi: 10.1134/s1087659608040020

16. Vaynberg 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)00373-2

17. 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. doi: 10.1021/cm034081k

18. Allan 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.70.245321

19. 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. doi: 10.1016/j.optmat.2016.09.033

20. Boyd 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_76

21. Yu 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.5c00391

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.04.221

27. 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. doi: 10.1134/S1087659621040052