【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部在鏑鐠共摻雜氟化鈰(Dy3+,Pr3+:CeF3)激光晶體研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Optical characteristics and energy transfer analysis of Dy3+-Pr3+ ions doped in CeF3 crystal”為題發(fā)表于Journal of Luminescence。
 

　　CeF3晶體具有多種優(yōu)良特性，包括折射率較小、最大聲子能量較低、稀土離子摻雜性好及易于制備與加工等特性，是一種理想的激光基質(zhì)晶體。Pr3+是一種具有豐富能級(jí)結(jié)構(gòu)的稀土離子，其3P0能級(jí)向下能級(jí)的躍遷對(duì)應(yīng)于多個(gè)可見波段發(fā)射通道，因此Pr3+常被摻雜于各種基質(zhì)中用作可見波段激光發(fā)射的激活離子。然而根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Ce3+與Pr3+之間存在的能量傳遞過(guò)程會(huì)令Pr3+從3P0能級(jí)快速弛豫至1D2能級(jí)，導(dǎo)致Pr3+摻雜CeF3(Pr3+:CeF3)晶體的3P0能級(jí)熒光壽命僅為一百多納秒，這大大增加了利用Pr3+：3P0能級(jí)實(shí)現(xiàn)可見波段激光輸出的難度。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)采用Dy3+, Pr3+共摻雜方法，延長(zhǎng)了Pr3+:CeF3晶體中Pr3+：3P0能級(jí)的熒光壽命。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)Pr3+:CeF3晶體共摻Dy，Pr3+：3P0能級(jí)的熒光壽命提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到～17.91 μs。Dy3+與Pr3+之間的能量傳遞分析表明，由于Dy3+：4F9/2能級(jí)能量略高于Pr3+：3P0能級(jí)，且其熒光壽命顯著長(zhǎng)于Pr3+：3P0能級(jí)，在采用藍(lán)光LD激發(fā)后，一部分能量?jī)?chǔ)存在Dy3+：4F9/2能級(jí)上，當(dāng)Pr3+：3P0能級(jí)上的能量快速消耗時(shí)，儲(chǔ)存于Dy3+：4F9/2能級(jí)的能量通過(guò)能級(jí)間傳遞轉(zhuǎn)移至Pr3+：3P0能級(jí)(Dy3+：4F9/2→Pr3+：3P0)，由此顯著提高了Pr3+：3P0能級(jí)的熒光壽命。以上研究結(jié)果為提高Pr3+:CeF3晶體中Pr3+：3P0能級(jí)的發(fā)射性能找到了一種可靠方法，有助于采用Dy3+,Pr3+:CeF3晶體實(shí)現(xiàn)可見波段激光輸出。
 

　　本工作得到了中國(guó)科學(xué)院、上海市等項(xiàng)目的支持。
 

　　圖1. 通過(guò)442 nm激發(fā)，在482 nm處監(jiān)測(cè)的Dy3+,Pr3+:CeF3晶體熒光衰減曲線

 

圖2. Dy3+-Pr3+間能量轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖