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超强激光科学卓越创新简报

(第六百十一期)

2025年3月7日

上海光机所在新型透明微晶玻璃研究方面取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部研究团队成功制备了一种新型透明发光微晶玻璃材料，并在该材料中实现了Eu²⁺离子的f→f跃迁发光。相关研究成果以“f → f transition luminescence of Eu2+ in barium-aluminum-borate oxyfluoride glass ceramics”为题，发表于Journal of Materials Chemistry C。

稀土离子因其丰富的能级结构和优异的光学性能，在激光材料、照明技术等领域发挥着关键作用。然而，目前能够实现激光输出的稀土离子主要是三价稀土离子（如Nd³⁺、Yb³⁺等），其激光输出波长主要位于红外光谱区域。相比之下，Eu²⁺离子虽然在多种基质材料中表现出优异的5d→4f跃迁发光效率，但由于其4f⁶5d¹激发态吸收较强，难以实现激光输出。研究团队发现，在某些特定的弱晶场环境下，Eu²⁺可以表现出4f→4f跃迁发光，这为开发新型紫外固体激光材料提供了新的可能性。

研究团队首先在还原气氛下通过高温熔融法制备了Eu²⁺掺杂玻璃，随后通过析晶热处理获得了透明微晶玻璃。荧光光谱分析显示，玻璃中的Eu²⁺仅表现出4f⁶5d¹→4f⁷跃迁的宽带发光（半高宽≈136 nm），而经过热处理后，微晶玻璃中出现了359 nm的线状发光（半高宽≈2.8 nm），对应于Eu²⁺的4f⁷→4f⁷跃迁。为了探究Eu²⁺光学跃迁从4f⁶5d¹→4f⁷转变为4f⁷→4f⁷的机制，研究团队通过荧光光谱、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和电子顺磁共振（EPR）光谱等手段对玻璃和微晶玻璃进行了分析。结果表明，Eu²⁺离子从强晶体场强度的玻璃相进入弱晶体场强度的BaAlBO₃F₂（BABF）晶体中的Ba²⁺位点，导致了光学跃迁类型的转变。

这项研究首次在微晶玻璃材料中实现了Eu²⁺的f→f跃迁发光，为Eu²⁺离子的光学跃迁机制提供了新的见解，具有重要的科学意义和应用前景。Eu²⁺的359 nm线状发光位于UVA（320-380 nm）区域，赋予其在UVA光疗灯领域的潜在应用价值。此外，这种材料的长荧光寿命和窄带发光特性使其在紫外固体激光器、光谱校正和光疗灯等领域具有潜在的应用前景。

相关工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

原文链接

图1 玻璃和微晶玻璃样品中Eu2+光谱性能。d→f跃迁：（a）激发光谱，（b）发射光谱，（c）荧光衰减寿命。f→f跃迁：（d）激发光谱，（e）发射光谱，（f）荧光衰减寿命。

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