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近期，中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室在3微米激光晶體研究方面取得新進展。相關成果發(fā)表于Journal of Luminescence。

　　無序晶體材料以超寬帶的發(fā)光特性，近年來成為超快激光領域重要的增益介質。ABCO₄型（A=Ca,Sr,Ba；B=稀土元素；C=Ga,Al或過渡元素）激光晶體以高的結構無序度、優(yōu)良的熱學性能和較低的聲子能量，被認為是有希望獲得商用發(fā)展的超快激光增益介質，能夠應用于醫(yī)療、軍事、工業(yè)、科研等領域。隨著1.15微米半導體激光技術的發(fā)展，鈥離子（Ho³⁺）3微米中紅外發(fā)光的泵浦問題得以解決。因此，研究鈥摻雜CaGdAlO₄晶體（Ho:CaGdAlO₄）對于實現(xiàn)直接激光二極管泵浦的中紅外超快激光具有重要實用價值。

　　研究團隊采用提拉法生長了Ho:CaGdAlO₄和Ho,Pr:CaGdAlO₄晶體，分析了晶體質量、結構、溶質分凝與偏振光譜性能。Ho³⁺:⁵I₆→⁵I₇躍遷呈現(xiàn)寬帶熒光特性，發(fā)射波長從2750nm延伸至3000nm，為中紅外超短脈沖的產生提供了頻譜保障。然而，激光下能級的壽命（8.64ms）遠大于上能級（0.22ms），嚴重影響激光效率且容易出現(xiàn)激光自終態(tài)瓶頸效應。實驗發(fā)現(xiàn)，共摻雜Pr³⁺離子對3微米激光下能級（Ho³⁺:⁵I₇）起到有效退激活作用，退激活效率高達96.2%。進一步地，共摻Pr³⁺離子使Ho,Pr:CaGdAlO₄晶體中紅外熒光得以增強。相應的3微米激光實驗正在進行中。

　　該工作得到了自然科學基金、科技部重點研發(fā)計劃等項目的支持。

　　此外，研究團隊此前在新型中紅外氟化物激光晶體的生長和性能研究方面也取得系列研究進展（Journal of Alloys and Compounds, 2020, 827: 154268; Journal of Luminescence, 2019, 210: 142-145； Journal of Luminescence, 2018, 203: 730-734）（微納光電子功能材料實驗室供稿）