近日，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可應用于近紅外激光的Nd:CeF₃晶體研究中取得進展，揭示該晶體的偏振吸收與發(fā)射光譜及熱學性能。相關研究成果發(fā)表在Journal of Luminescence上。

　　近紅外波段激光在環(huán)境監(jiān)測、激光通信及醫(yī)療等領域具有應用潛力。Nd³⁺離子摻雜材料由于具有豐富的躍遷譜線、較低的激光閾值以及良好的商用LD泵浦源匹配性，成為近紅外波段激光輸出的熱門選擇。然而，由于Nd³⁺離子半徑較大，分凝系數(shù)極低，導致其難以在現(xiàn)有基質(zhì)中實現(xiàn)高濃度摻雜，限制基于Nd³⁺離子的近紅外激光的進一步發(fā)展。

　　研究團隊使用帶保護氣氛的坩堝下降法，生長摻雜濃度為0.5 at.%、尺寸為Φ20 mm × 35 mm的Nd:CeF₃晶體，并對其進行偏振光譜及熱學性能測試。結(jié)果表明，該晶體σ偏振在1070 nm處具有2.53 ×10²⁰ cm²的發(fā)射截面及0.406 ms的熒光壽命，量子效率為78%；c向熱導率為1.57 W/m/K，且同摻雜濃度下的熱導率損失低于YAG晶體。此外，Nd³⁺在CeF₃晶體中有效分凝系數(shù)為0.63，高于目前常用的YAG和YVO₄等晶體，更易實現(xiàn)高濃度摻雜。該研究為Nd:CeF₃晶體在近紅外波段實現(xiàn)激光輸出提供重要思路及參考。

　　研究工作得到國家科技部重點研發(fā)項目、國家自然科學基金等的支持。

Nd:CeF₃晶體的近紅外熒光光譜及⁴F_3/2→⁴I_11/2 躍遷擬合曲線