近期，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激光晶體研究中心在鏑鋱共摻氟化釔鋰(Dy,Tb:LiYF₄) 晶體研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Crystal Growth,Property Investigation,and the Deactivation Effect of Tb³⁺ in Dy³⁺/Tb³⁺ Codoped LiYF₄ Crystals: Promising Crystals for All-Solid-State Yellow Lasers ”為題發(fā)表于 Crystal Growth & Design。

黃光激光在激光信標(biāo)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值。Dy³⁺離子4f組態(tài)內(nèi)⁴F_9/2 → ⁶H_13/2躍遷對(duì)應(yīng)黃光激發(fā)(～575 nm)，其位于450 nm處的吸收與商用藍(lán)光LD匹配，適合作為實(shí)現(xiàn)黃光激光的激活離子。LiYF₄晶體具有寬的光學(xué)透過波段、較低的聲子能量 (-460 cm^-1)、負(fù)的折射率溫度系數(shù)和較高的熱導(dǎo)率，是一種綜合性能優(yōu)良的氟化物基質(zhì)晶體。

研究團(tuán)隊(duì)研究了Dy:LiYF₄和Dy,Tb:LiYF₄晶體的生長、光譜性能以及能量傳遞機(jī)制。研究結(jié)果表明：共摻Tb³⁺后，從Dy³⁺的⁶H_13/2能級(jí)到Tb³⁺的⁷F₄能級(jí)的能量傳遞效率高達(dá)55.4%，降低了Dy³⁺下能級(jí)⁶H_13/2的壽命，起到較好的退激活作用，同時(shí)，Tb³⁺的摻入對(duì)Dy³⁺的上能級(jí)（⁴F_9/2）幾乎沒有影響。Dy,Tb:LiYF₄晶體在575 nm處的發(fā)射截面提高了53.5%，有望實(shí)現(xiàn)黃光激光輸出。

相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金的支持。

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圖1. Dy³⁺和Tb³⁺能級(jí)結(jié)構(gòu)

圖2. Dy:LiYF₄晶體發(fā)射截面（左），Dy,Tb:LiYF₄晶體發(fā)射截面（右）

圖3. 共摻Tb³⁺前后能級(jí)壽命；Dy,Tb:LiYF₄黃光激發(fā)上(a)下(b)級(jí)能級(jí)壽命，Dy:LiYF₄黃光激發(fā)上(c)下(d)級(jí)能級(jí)壽命