近日，中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室在可應用于近紅外激光的Nd:CeF3晶體方面取得新進展，首次揭示了該晶體的偏振吸收與發(fā)射光譜及熱學性能。相關研究成果發(fā)表于Journal of Luminescence。

當前，近紅外波段激光在環(huán)境監(jiān)測、激光通信及醫(yī)療等領域具有重大應用潛力，Nd3+離子摻雜材料由于具有豐富的躍遷譜線、較低的激光閾值及良好的商用LD泵浦源匹配性，成為了近紅外波段激光輸出的熱門選擇。

然而由于Nd3+離子半徑較大，分凝系數(shù)極低，導致其難以在現(xiàn)有基質(zhì)中實現(xiàn)高濃度摻雜，這限制了基于Nd3+離子的近紅外激光的進一步發(fā)展。

研究團隊使用帶保護氣氛的坩堝下降法成功生長了摻雜濃度為0.5 at.%，尺寸為Φ20 mm × 35 mm的Nd:CeF3晶體，并對其進行偏振光譜及熱學性能測試。

結果表明，該晶體σ偏振在1070 nm處具有2.53 ×1020 cm2的發(fā)射截面及0.406 ms的熒光壽命，量子效率為78%；c向熱導率為1.57 W/m/K，且同摻雜濃度下的熱導率損失低于YAG晶體。此外Nd3+在CeF3晶體中有效分凝系數(shù)為0.63，遠高于目前常用的YAG和YVO4等晶體，更容易實現(xiàn)高濃度摻雜。以上研究為Nd:CeF3晶體在近紅外波段實現(xiàn)激光輸出提供了重要思路及參考。

相關研究得到了國家科技部重點研發(fā)項目、國家自然科學基金以及裝備預研項目的支持。

Nd:CeF3晶體的近紅外熒光光譜及4F3/2→4I11/2 躍遷擬合曲線