近日，中科院上海光機(jī)所先進(jìn)激光與光電功能材料部胡麗麗研究員課題組，提出一種基于稀土離子Dy³⁺摻雜石英玻璃作為黃光激光材料的新方案，相關(guān)研究成果以“Effect of P/Al ratio on the X-ray induced darkening in Dy-doped silica glasses at visible wavelengths”發(fā)表于Journal of the American Ceramic Society。

目前，Dy³⁺摻雜材料的黃光激光在玻色-愛(ài)因斯坦凝聚、光凝治療等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。氟化物光纖基質(zhì)由于其低聲子分布而被廣泛用作可見(jiàn)光增益光纖的主體材料。然而，氟化物光纖存在化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能不好、制備條件苛刻等限制，這大幅增加了制備成本和難度。相比之下，石英玻璃基質(zhì)因具有物化性能和機(jī)械性能優(yōu)異、光學(xué)性能好的優(yōu)勢(shì)而獲得了快速發(fā)展，并成功實(shí)現(xiàn)了Dy³⁺離子的黃光激光輸出。然而，摻Dy³⁺石英光纖在藍(lán)光的激發(fā)下存在光子暗化的問(wèn)題，限制了輸出功率的進(jìn)一步提升。因此，如何抑制光暗化成為了可見(jiàn)光激光器領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

提升P/Al比抑制了石英玻璃輻照誘導(dǎo)產(chǎn)生的缺陷

研究團(tuán)隊(duì)提出一種抗光子暗化型摻Dy³⁺石英玻璃的新方案。該方案通過(guò)提升P/Al比，從玻璃基質(zhì)內(nèi)部抑制了Dy離子變價(jià)以及Al-OHC等缺陷的形成，從而大幅降低了輻照引起的吸收損耗。石英玻璃中，Al是常用的稀土離子分散劑，可以提高稀土離子的分散性和溶解度。但由于Al³⁺在石英玻璃中的價(jià)態(tài)與基質(zhì)Si不匹配，在吸收一定能量后（藍(lán)光、紫外線輻照）很容易產(chǎn)生空穴中心Al-OHC等缺陷。引入P，能夠與Al形成價(jià)態(tài)平衡且穩(wěn)定的[PAlO4]結(jié)構(gòu)基團(tuán)，這抑制了Al相關(guān)缺陷的形成，從而提升了摻Dy石英玻璃的抗光暗化性能。該工作為可見(jiàn)光光纖激光器提供關(guān)鍵材料和方法支撐。

相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jace.19714