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超强激光科学卓越创新简报

(第二百零二期)

2021年6月17日

上海光机所在可见光激光玻璃材料方面取得进展

  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选择ZBLAN基质,通过Dy3+共掺杂,显著提高了Tb3+的发光。同时,结合全面的光学性能测试,研究了Dy3+与Tb3+之间的能量传递机制,相关研究成果发表于Journal of Luminescence

  可见光激光尤其是绿光波段,因其人眼敏感、水中穿透能力较强等特点,在激光医疗、海底探测、金属加工等方面有着重要的应用。其中,Tb3+离子因具有相对简单的能级结构,成为了绿光发射的潜在的激活离子。然而,其蓝紫光区域吸收截面较低,限制了其高功率激光输出。因此,提高Tb3+离子在蓝紫光区域的吸收截面,增强其绿光发射强度,对实现其大功率输出显得尤为关键。此外,共掺敏化离子作为一种可以有效增强目标离子发光强度的途径,得到了众多研究者的青睐。以往研究表明,Dy3+可以有效增强Tb3+的发光。但是,以往的研究都聚焦在氧化物玻璃基质,对于氟化物玻璃基质尚未有相关报道。而目前报道的成功实现可见光激光输出都集中于氟化物基质,因此,研究Dy3+离子在氟化物基质中对Tb3+的敏化作用具有重要意义。

  研究发现,共掺Dy3+离子不仅可以提高氟化物玻璃的抗析晶能力,同时可以显著增强Tb3+离子的发光。具体地,Dy3+到Tb3+的能量传递效率可达27.41%,且Tb3+:Dy3+离子的最佳比为2:0.5,在该浓度比以及最佳激发波长350nm下,发光比掺杂同等Tb3+离子浓度增强1.5倍。此外,研究还表明,在氟化物基质中,存在较明显的Tb3+到Dy3+的反向传递过程。详细的能量传递机制如图1所示。

  相关研究得到了国家自然科学基金等支持。(高功率激光单元技术实验室供稿)

  原文链接

图1 能量传递机制

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