3微米雷射晶體研究獲進展

2020-09-29 中科院之聲

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室在3微米雷射晶體研究中取得進展。

近年來，無序晶體材料以超寬帶的發光特性，成為超快雷射領域重要的增益介質。ABCO4型（A=Ca，Sr，Ba；B=稀土元素；C=Ga，Al或過渡元素）雷射晶體以高的結構無序度、優良的熱學性能和較低的聲子能量，被認為是有可能獲得商用發展的超快雷射增益介質，可應用於醫療、工業、科研等領域。隨著1.15微米半導體雷射技術的發展，鈥離子（Ho3+）3微米中紅外發光的泵浦問題得以解決。因此，研究鈥摻雜CaGdAlOO4晶體（Ho：CaGdAlOO4）對於實現直接雷射二極體泵浦的中紅外超快雷射具有實用價值。

研究團隊採用提拉法生長Ho：CaGdAlO4和Ho，Pr：CaGdAlO4晶體，分析晶體質量、結構、溶質分凝與偏振光譜性能。Ho3+:5I6→5I7躍遷呈寬帶螢光特性，發射波長從2750nm延伸至3000nm，為中紅外超短脈衝的產生提供頻譜保障。但雷射下能級的壽命（8.64ms）遠大於上能級（0.22ms），影響雷射效率且易出現雷射自終態瓶頸效應。研究發現，共摻雜Pr3+離子對3微米雷射下能級（Ho3+：5I7）起有效退激活作用，退激活效率達96.2%。共摻Pr3+離子使Ho，Pr：CaGdAlO4晶體中紅外螢光增強。相應的3微米雷射實驗正在進行。

相關研究成果發表在Journal of Luminescence上，研究工作得到國家自然科學基金、科技部重點研發計劃等的支持。

此外，研究團隊此前在新型中紅外氟化物雷射晶體的生長和性能研究中也取得系列研究進展（Journal of Alloys and Compounds，2020，827：154268：Journal of Luminescence，2019，210：142-145：Journal of Luminescence，2018，203: 730-734）。

圖1.Pr3+共摻前後3微米螢光光譜

圖2.Pr3+共摻前後Ho3+三微米雷射上、下能級壽命對比

來源：中國科學院上海光學精密機械研究所

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