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上海光机所提出硅酸盐玻璃作为纯蓝光激光材料的新方案

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,提出一种基于稀土离子Nd3+掺杂硅酸盐作为纯蓝光激光材料的新方案,相关研究成果以“Spectroscopic properties and Stark splitting of Nd3+ ions in different host glasses to obtain pure blue laser”为题于5月27日在线发表于《发光学报》(Journal of Luminescence)。稀土离子Nd3+掺杂材料的可见光发光,在显示技术、海底探测和激光医疗领域具有重要应用潜力。目前获得纯蓝色激光器的主要方式有:1)蓝色激光二极管,2)近红外激光二极管倍频以及,3)固体激光器准三能级倍频。这些方法都面临这光束质量低,输入功率要求高,成本高或者设备复杂等一系列问题。寻找新的玻璃基质材料是科研人员研究的方向和重点。

图1 不同基质下4F3/2 → 4I9/2能级发光强度的荧光分支比

研究团队提出了一种Nd3+离子掺杂硅酸盐玻璃实现纯蓝光发光,强化学和机械性能以及制备工艺成熟的激光基质材料的新方案。首先,研究了硼酸盐,氟化物,氟磷酸盐,锗酸盐,地酸盐,磷酸盐以及硅酸盐等不同基质的玻璃,对比计算了其不同的光学参数以及分析了不同的光学性能,研究得出Nd3+掺杂的硅酸盐玻璃具有较好的性能。在硅酸盐玻璃中,Nd3+离子的光学J-O参数Ω2和Ω46可分别达到5.14×10–20cm2和1.08。4F3/2 → 4I9/2能级所产生的900 nm蓝光的荧光分支比为43%(图1),荧光寿命达到了542.95 μs(图2)。

图2 不同基质下4F3/2 → 4I11/2能级发光强度的荧光分支比

相关研究得到了国家科技部重点研发项目、国际科技合作重点项目、上海市科委、国家自然科学基金、国家自然科学基金国际(地区)合作交流项目的支持。

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