近期，上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗(yàn)室在3微米激光晶體研究方面取得新進(jìn)展。

無(wú)序晶體材料以超寬帶的發(fā)光特性，近年來(lái)成為超快激光領(lǐng)域重要的增益介質(zhì)。ABCO4型（A=Ca,Sr,Ba；B=稀土元素；C=Ga,Al或過(guò)渡元素）激光晶體以高的結(jié)構(gòu)無(wú)序度、優(yōu)良的熱學(xué)性能和較低的聲子能量，被認(rèn)為是有希望獲得商用發(fā)展的超快激光增益介質(zhì)，能夠應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、工業(yè)、科研等領(lǐng)域。隨著1.15微米半導(dǎo)體激光技術(shù)的發(fā)展，鈥離子（Ho3+）3微米中紅外發(fā)光的泵浦問(wèn)題得以解決。因此，研究鈥摻雜CaGdAlO4晶體（Ho:CaGdAlO4）對(duì)于實(shí)現(xiàn)直接激光二極管泵浦的中紅外超快激光具有重要實(shí)用價(jià)值。

研究團(tuán)隊(duì)采用提拉法生長(zhǎng)了Ho:CaGdAlO4和Ho,Pr:CaGdAlO4晶體，分析了晶體質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)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(zhǎng)從2750nm延伸至3000nm，為中紅外超短脈沖的產(chǎn)生提供了頻譜保障。然而，激光下能級(jí)的壽命（8.64ms）遠(yuǎn)大于上能級(jí)（0.22ms），嚴(yán)重影響激光效率且容易出現(xiàn)激光自終態(tài)瓶頸效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，共摻雜Pr3+離子對(duì)3微米激光下能級(jí)（Ho3+:5I7）起到有效退激活作用，退激活效率高達(dá)96.2%。進(jìn)一步地，共摻Pr3+離子使Ho,Pr:CaGdAlO4晶體中紅外熒光得以增強(qiáng)。相應(yīng)的3微米激光實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。

該工作得到了自然科學(xué)基金、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

此外，研究團(tuán)隊(duì)此前在新型中紅外氟化物激光晶體的生長(zhǎng)和性能研究方面也取得系列研究進(jìn)展（Journal of Alloys and Compounds, 2020, 827: 154268; Journal of Luminescence, 2019, 210: 142-145； Journal of Luminescence, 2018, 203: 730-734）

圖1 Pr3+共摻前后3微米熒光光譜


圖2 Pr3+共摻前后Ho3+三微米激光上、下能級(jí)壽命對(duì)比