【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(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結(jié)構(gòu)的稀土離子，其3P0能級向下能級的躍遷對應(yīng)于多個可見波段發(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)報道，Ce3+與Pr3+之間存在的能量傳遞過程會令Pr3+從3P0能級快速弛豫至1D2能級，導(dǎo)致Pr3+摻雜CeF3(Pr3+:CeF3)晶體的3P0能級熒光壽命僅為一百多納秒，這大大增加了利用Pr3+：3P0能級實現(xiàn)可見波段激光輸出的難度。
 

　　針對上述問題，研究團(tuán)隊采用Dy3+, Pr3+共摻雜方法，延長了Pr3+:CeF3晶體中Pr3+：3P0能級的熒光壽命。實驗結(jié)果表明，通過對Pr3+:CeF3晶體共摻Dy，Pr3+：3P0能級的熒光壽命提高了兩個數(shù)量級，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能級能量略高于Pr3+：3P0能級，且其熒光壽命顯著長于Pr3+：3P0能級，在采用藍(lán)光LD激發(fā)后，一部分能量儲存在Dy3+：4F9/2能級上，當(dāng)Pr3+：3P0能級上的能量快速消耗時，儲存于Dy3+：4F9/2能級的能量通過能級間傳遞轉(zhuǎn)移至Pr3+：3P0能級(Dy3+：4F9/2→Pr3+：3P0)，由此顯著提高了Pr3+：3P0能級的熒光壽命。以上研究結(jié)果為提高Pr3+:CeF3晶體中Pr3+：3P0能級的發(fā)射性能找到了一種可靠方法，有助于采用Dy3+,Pr3+:CeF3晶體實現(xiàn)可見波段激光輸出。
 

　　本工作得到了中國科學(xué)院、上海市等項目的支持。
 

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

 

圖2. Dy3+-Pr3+間能量轉(zhuǎn)移過程示意圖