近期，中科院上海光機(jī)所先進(jìn)激光與光電功能材料部在鈦寶石激光晶體氫氣退火機(jī)理研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Experimental and theoretical investigation on the mechanism of hydrogen annealing for Ti:sapphire laser crystal”為題發(fā)表于Materials Today Communications。

鈦寶石激光晶體是三大基礎(chǔ)激光晶體之一，具有大硬度、耐腐蝕、高熱導(dǎo)、高損傷閾值、寬帶吸收與寬帶發(fā)射等優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于可調(diào)諧激光器、超快激光器及高峰值功率激光裝置中。然而，鈦寶石晶體中存在的紅外殘余吸收會對其激光性能產(chǎn)生負(fù)面影響，對其進(jìn)一步應(yīng)用造成阻礙。

氫氣退火是一種降低鈦寶石晶體紅外殘余吸收的有效方法，但該方法的具體作用機(jī)理尚未有相關(guān)文獻(xiàn)報道。在理論層面深入理解氫氣退火對鈦寶石晶體的作用機(jī)理對改進(jìn)該方法有重要意義。研究團(tuán)隊采用實驗與基于密度泛函理論的第一性原理計算相結(jié)合的方法，就氫氣退火過程對鈦寶石晶體光譜特性的影響開展了研究。在實驗方面，測試了各鈦寶石晶體樣品氫氣退火前后吸收帶與發(fā)射帶的偏振吸收光譜，歸納討論了氫氣退火對鈦寶石晶體因摻雜濃度與偏振方向?qū)е碌挠绊懖町�。在計算方面，�?gòu)建了三種在氫氣退火過程中存在的缺陷構(gòu)型，并對三種缺陷構(gòu)型的形成能、電子及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計算，計算結(jié)果證明了三種缺陷構(gòu)型存在的合理性，得到了氫氣退火對不同缺陷構(gòu)型所產(chǎn)生的影響及影響程度�？偨Y(jié)分析實驗與計算數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氫氣退火對鈦寶石晶體的影響是由晶體內(nèi)部多種缺陷共同作用的結(jié)果。這項工作為理解鈦寶石氫氣退火過程作用機(jī)理提供了新的思路，有助于進(jìn)一步優(yōu)化鈦寶石氫氣退火處理的參數(shù)與條件。

圖片:W020241009408650745148_ORIGIN.gif

圖1.各鈦寶石晶體樣品氫氣退火前后的偏振吸收光譜

圖片:W020241009408651096964_ORIGIN.gif

圖2.Al2O3超胞及氫氣退火過程缺陷構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院及上海市等項目的支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108463