近日，中國科學院上海光學精密機械研究所先進激光與光電功能材料部在摻鐠氟化鉛（Pr:PbF2）激光晶體研究方面取得進展，相關(guān)成果以“Spectroscopic properties of Pr:PbF2 crystal with different doping concentration”為題發(fā)表于Journal of Luminescence。

Pr3+具有豐富的能級結(jié)構(gòu)，其3P0能級向低能級躍遷時對應(yīng)多個可見光波段的熒光發(fā)射，是一種重要的可見光波段稀土激活離子?；|(zhì)PbF2晶體具有聲子能量較低、晶體場弱的特點，具有通過摻雜Pr3+實現(xiàn)可見激光輸出的潛力。

稀土離子摻雜濃度是影響激光晶體光譜性能的重要因素之一，為探究Pr摻雜濃度對Pr:PbF2晶體光譜性能的影響，研究團隊生長了Pr摻雜濃度分別為0.1at.%，0.5at.%和1.0at.%的Pr:PbF2晶體，并分析了這三種不同摻雜濃度晶體的結(jié)構(gòu)與光譜性能。實驗結(jié)果顯示，在三種濃度的晶體樣品中，摻雜濃度為1.0%的Pr:PbF2晶體在443nm處的吸收截面與482nm處的發(fā)射截面最大，分別為1.00×10-20cm2與1.08×10-20cm2。不同摻雜濃度Pr:PbF2晶體在粒子反轉(zhuǎn)率達30%時，在482nm-497nm范圍內(nèi)的增益截面均為正值，并且晶體在該波段內(nèi)的最大增益截面與Pr3+摻雜濃度呈正相關(guān)的關(guān)系。因此，增大Pr3+摻雜濃度有望提高Pr:PbF2晶體的光譜性能，這為利用Pr:PbF2晶體實現(xiàn)可見激光輸出提供了基礎(chǔ)與參考。

該工作得到了中國科學院、上海市等項目的支持。

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圖1. 不同摻雜濃度Pr:PbF2晶體的吸收截面

圖2. 不同摻雜濃度Pr:PbF2晶體的發(fā)射截面

圖3. 不同摻雜濃度Pr:PbF2晶體470nm-510nm范圍內(nèi)的增益截面以及最大增益截面與摻雜濃度的關(guān)系