Vitrocerámicos transparentes del sistema SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-LaF3/YF3 mecanismos de cristalización y propiedades ópticas

Abstract

Los vitrocerámicos transparentes de oxifluoruro dopados con elementos lantánidos constituyen una importante novedad tecnológica para el desarrollo de nuevos materiales en el campo de las telecomunicaciones y de la fotónica. Estos vitrocerámicos combinan la baja energía fonónica, la transparencia y la solubilidad para los iones lantánidos de los cristales de fluoruros, con la durabilidad química y mecánica de una matriz vítrea de aluminosilicato. El requerimiento de transparencia en estos materiales se consigue limitando el tamaño de los cristales a una escala nanométrica (10-30 nm), suprimiendo así el efecto de dispersión de la luz. Es por tanto necesario, un estricto control de los procesos de nucleación y crecimiento a partir del estudio del mecanismo de cristalización En este trabajo de tesis doctoral se han obtenido y caracterizado cuatro vidrios del sistema SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-LaF3/YF3. A partir de tratamientos térmicos de los vidrios a temperaturas próximas al Tg, se han obtenido vitrocerámicos transparentes y monofásicos con un tamaño de cristal menor de 30 nm. El diseño de estas cuatro composiciones ha permitido obtener la desvitrificación de diferentes fases de fluoruro: LaF3, NaLaF4, KLaF4 y NaYF4. La caracterización estructural, la evolución de las propiedades reológicas durante el proceso de cristalización, y muy especialmente la utilización de técnicas de microscopía como EELS y EFTEM, han permitido demostrar que la precipitación de fases cristalinas de fluoruro conduce a un aumento de la viscosidad de la interfase vidrio-cristal, que se enriquece en formadores de red, principalmente SiO2, y que inhibe el crecimiento cristalino. Se ha estudiado la influencia de la adición de iones lantánidos (Tm3+, Eu3+, Yb3+, Er3+) en la estructura de los vidrios precursores y en el proceso de cristalización. La caracterización óptica de vidrios y vitrocerámicos dopados se ha centrado por un lado, en confirmar la distribución de los dopantes en la fase cristalina y, por otro lado, en obtener emisión óptica up-conversion en el visible a partir de la excitación en el infrarrojo. Finalmente, se mostrarán los primeros resultados orientados a la aplicación de estos materiales en la producción de guías de onda planares y su caracterización (modos ópticos y atenuación de la luz a lo largo de la guía).