近期，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展，相關成果以“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、生物醫(yī)學等領域有著重要應用價值。Dy³⁺離子4f組態(tài)內⁴F_9/2 → ⁶H_13/2躍遷對應黃光激發(fā)(～575 nm)，其位于450 nm處的吸收與商用藍光LD匹配，適合作為實現黃光激光的激活離子。LiYF₄晶體具有寬的光學透過波段、較低的聲子能量 (-460 cm^-1)、負的折射率溫度系數和較高的熱導率，是一種綜合性能優(yōu)良的氟化物基質晶體。

研究團隊研究了Dy:LiYF₄和Dy,Tb:LiYF₄晶體的生長、光譜性能以及能量傳遞機制。研究結果表明：共摻Tb³⁺后，從Dy³⁺的⁶H_13/2能級到Tb³⁺的⁷F₄能級的能量傳遞效率高達55.4%，降低了Dy³⁺下能級⁶H_13/2的壽命，起到較好的退激活作用，同時，Tb³⁺的摻入對Dy³⁺的上能級（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%，有望實現黃光激光輸出。

相關工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金的支持。

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圖1. Dy³⁺和Tb³⁺能級結構

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⁺前后能級壽命；Dy,Tb:LiYF₄黃光激發(fā)上(a)下(b)級能級壽命，Dy:LiYF₄黃光激發(fā)上(c)下(d)級能級壽命