中国科学院上海光学精密机械研究所----上海光机所在温度对硅酸盐中Nd3+/Yb3+能量转移影响方面取得进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第三百期)

2022年8月17日

上海光机所在温度对硅酸盐中Nd³⁺/Yb³⁺能量转移影响方面取得进展

　　近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室在温度对Nd³⁺/Yb³⁺能量转移影响方面取得进展，研究团队发现了Nd³⁺/Yb³⁺共掺硅酸盐玻璃中，稀土离子能量传递随温度的变化，相关研究成果以“Temperature dependence of spectroscopic properties and energy transfer in Nd³⁺/Yb³⁺ co-doped silicate glass”为题发表于《发光学报》(Journal of Luminescence)。

　　Nd³⁺和Yb³⁺是使用较为广泛的两种稀土元素，由于Nd³⁺的激发态吸收，多声子弛豫，交叉弛豫和Yb³⁺的吸收带单一，温度敏感性限制了两者的进一步发展。但是两者共掺时却能互相弥补缺点。Nd³⁺的⁴F_3/2能级和Yb³⁺的²F_5/2能级能量差约为1000cm^-1，这极易受温度影响从而改变两者的能量传递方向和效率。因此，探究温度对Nd³⁺/Yb³⁺能量传递的影响是科研人员研究的方向和重点。

　　研究团队用声子能量和密度，变温荧光光谱和变温荧光寿命表征了Nd³⁺/Yb³⁺能量传递随温度的变化。实验结果表明，在硅酸盐玻璃中，能量为621cm^-1的声子对Nd³⁺→Yb³⁺能量传递有益，而能量为1090cm^-1的声子对Yb³⁺→Nd³⁺能量传递有利。此外，随着温度增加声子密度增大，有利于两者能量传递。在150K到300K温度范围内，Nd³⁺→Yb Yb³⁺能量传递从73.19%增长到82.31%，Yb³⁺→Nd³⁺能量传递从9.97%到18.11%。共掺情况下也有效拓展了两者1μm处的有效线宽，室温状态下1μm处有效线宽达89.1nm。本研究结果为Nd³⁺/Yb³⁺共掺硅酸盐玻璃应用打下了坚实的基础。