【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海光學精密機械研究所先進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展，相關成果以“Optical characteristics and energy transfer analysis of Dy3+-Pr3+ ions doped in CeF3 crystal”為題發表于Journal of Luminescence。
 

　　CeF3晶體具有多種優良特性，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晶體。Pr3+是一種具有豐富能級結構的稀土離子，其3P0能級向下能級的躍遷對應于多個可見波段發射通道，因此Pr3+常被摻雜于各種基質中用作可見波段激光發射的激活離子。然而根據文獻報道，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能級實現可見波段激光輸出的難度。
 

　　針對上述問題，研究團隊采用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量級，達到～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，在采用藍光LD激發后，一部分能量儲存在Dy3+：4F9/2能級上，當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。以上研究結果為提高Pr3+:CeF3晶體中Pr3+：3P0能級的發射性能找到了一種可靠方法，有助于采用Dy3+,Pr3+:CeF3晶體實現可見波段激光輸出。
 

　　本工作得到了中國科學院、上海市等項目的支持。
 

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

 

圖2. Dy3+-Pr3+間能量轉移過程示意圖