中国科学院上海光学精密机械研究所----上海光机所在中红外氟化物激光晶体研究方面取得新进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第一百四十七期)

2020年11月6日

上海光机所在中红外氟化物激光晶体研究方面取得新进展

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室在中红外氟化物激光晶体研究方面取得新进展，相关成果发表于Journal of Alloys and Compounds。

　　氟化物晶体以低的最大声子能量、宽的透光范围和高的红外透过率等优点成为中红外激光器的重要增益介质材料。LaF₃晶体具备氟化物晶体诸多优点：最大声子能量低（360 cm^-1），透光范围宽（T>85%, 0.19~10 μm），La³⁺不含4f电子，具有封闭的壳层，适合做中红外激光基质材料。最为广泛的中红外激活离子是Er³⁺离子，利用Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁已在多种基质材料中获得2.7~2.9 μm波段瓦级连续激光。目前，Er掺杂LaF₃晶体的研究在国际上尚属空白，对该材料的探索有希望提供一种新型的中红外激光增益介质。

　　研究团队采用坩埚下降法生长了高质量Nd,Er:LaF₃和Er:LaF₃晶体，分析了晶体结构、分凝和光谱特性。采用808 nm LD激发源，在Nd,Er:LaF₃晶体探测到强烈的2.7μm荧光，发射截面为1.3×10^-20 cm²，说明Nd³⁺离子为激光上能级Er³⁺:⁴I_11/2提供了一条有效的泵浦通道，解决了Er³⁺离子普遍存在的980 nm处吸收截面低的问题。更重要地，Nd³⁺掺杂前后，激光上能级的荧光寿命由15.68 ms变为5.48 ms、激光下能级的荧光寿命由22.60 ms变为4.37 ms，有效地消除了自终止效应。

　　该工作得到了科技部重点研发计划、自然科学基金等项目的支持。

　　此外，研究团队此前在其他中红外激光晶体的生长和性能研究方面也取得系列研究进展（Journal of Luminescence, 2020, 228: 117620; Journal of Luminescence, 2019, 210: 142-145；Infrared Physics & Technology, 2017, 87: 65-71.）（微纳光电子功能材料实验室供稿）

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