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超强激光科学卓越创新简报

(第三百八十八期)

2023年5月10日

上海光机所在稀土氟化物晶体研究方面取得进展

　　中国科学院上海光学精密机械研究所激光晶体研究中心在氟化铈（CeF3）晶体前期研究基础上，开展了Nd3+、Ho3+共掺CeF3（Nd,Ho:CeF3）晶体生长、光谱性能和磁光改性研究。相关研究结果以“Novel Nd3+ and Ho3+ co-doped multifunctional CeF3 crystal for laser and magneto-optical applications”为题发表于Materials Letters。

　　CeF3晶体具有低的声子能量，宽的透光波段和高的光学透过率，是一种重要的激光基质材料。此外，CeF3晶体还拥有磁光性能，在磁光器件方面具有应用前景。通过稀土离子掺杂实现晶体的激光应用和磁光性能优化是本领域的研究热点之一。Ho3+是~2μm、~3μm红外激光输出的重要激活离子，并具有很大的有效磁子数，有望同时获得激光和磁光应用。然而，Ho3+存在泵浦源匹配性和中红外发射自终止等问题，往往需要共掺Nd3+作为敏化离子。

　　研究人员采用坩埚下降法成功生长了Nd3+、Ho3+共掺CeF3晶体，晶体尺寸？ 20mm×33mm。对晶体中的两种掺杂离子的光谱进行了表征：Nd3+-1.06μm发射的荧光寿命较长，为261μs；同时，Ho3+-2μm波段的半峰宽达158nm，并利用J-O理论计算了Ho3+的光谱参数。光谱实验表明，Nd,Ho:CeF3晶体有望实现1.06μm和~2μm的激光输出。另一方面，磁光性能研究证实了Nd3+和Ho3+离子共掺可有效提高基质CeF3晶体的磁光Verdet常数，晶体在绿光532nm和近红外1310nm处的Verdet常数分别达到228.0和29.1rad/(T·m)，高于纯CeF3和传统TGG磁光晶体。磁光性能的提升与Nd3+、Ho3+和Ce3+稀土离子间的超交换相互作用有关。该项研究对探索兼具激光和磁光性能的新型多功能晶体具有参考意义。

　　相关工作得到了中国科学院青年创新促进会、上海市等项目的支持。

　　原文链接

图1 Nd,Ho:CeF3晶体的~2 μm荧光光谱（左）和磁光Verdet常数随波长的变化曲线（右）

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