近期，中國科學(xué)院上海光學(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微米激光晶體研究中取得進(jìn)展。

近年來，無序晶體材料以超寬帶的發(fā)光特性，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或過渡元素）激光晶體以高的結(jié)構(gòu)無序度、優(yōu)良的熱學(xué)性能和較低的聲子能量，被認(rèn)為是有可能獲得商用發(fā)展的超快激光增益介質(zhì)，可應(yīng)用于醫(yī)療、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)光的泵浦問題得以解決。因此，研究鈥摻雜CaGdAlO4晶體（Ho：CaGdAlO4）對于實(shí)現(xiàn)直接激光二極管泵浦的中紅外超快激光具有實(shí)用價值。

研究團(tuán)隊(duì)采用提拉法生長Ho：CaGdAlO4和Ho，Pr：CaGdAlO4晶體，分析晶體質(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(chǎn)生提供頻譜保障。但激光下能級的壽命（8.64ms）遠(yuǎn)大于上能級（0.22ms），影響激光效率且易出現(xiàn)激光自終態(tài)瓶頸效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，共摻雜Pr3+離子對3微米激光下能級（Ho3+：5I7）起有效退激活作用，退激活效率達(dá)96.2%。共摻Pr3+離子使Ho，Pr：CaGdAlO4晶體中紅外熒光增強(qiáng)。相應(yīng)的3微米激光實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Luminescence上，研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃等的支持。

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和性能研究中也取得系列研究進(jìn)展（Journal of Alloys and Compounds，2020，827：154268：Journal of Luminescence，2019，210：142-145：Journal of Luminescence，2018，203: 730-734）。

論文鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022231320315878

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、下能級壽命對比