上海光机所在掺镨氟化铅激光晶体研究方面取得进展

近日，中科院上海光机所先进激光与光电功能材料部在掺镨氟化铅（Pr:PbF2）激光晶体研究方面取得进展，相关成果以“Spectroscopic properties of Pr:PbF2 crystal with different doping concentration”为题发表于Journal of Luminescence。

Pr³⁺具有丰富的能级结构，其³P0能级向低能级跃迁时对应多个可见光波段的荧光发射，是一种重要的可见光波段稀土激活离子。基质PbF2晶体具有声子能量较低、晶体场弱的特点，具有通过掺杂Pr3+实现可见激光输出的潜力。

稀土离子掺杂浓度是影响激光晶体光谱性能的重要因素之一，为探究Pr掺杂浓度对Pr:PbF2晶体光谱性能的影响，研究团队生长了Pr掺杂浓度分别为0.1%，0.5%和1.0%的Pr:PbF2晶体，并分析了这三种不同掺杂浓度晶体的结构与光谱性能。实验结果显示，在三种浓度的晶体样品中，掺杂浓度为1.0%的Pr:PbF2晶体在443nm处的吸收截面与482nm处的发射截面最大，分别为1.00×10^-20cm²与1.08×10^-20cm²。不同掺杂浓度Pr:PbF2晶体在粒子反转率达30%时，在482nm-497nm范围内的增益截面均为正值，并且晶体在该波段内的最大增益截面与Pr³⁺掺杂浓度呈正相关的关系。因此，增大Pr³⁺掺杂浓度有望提高Pr:PbF2晶体的光谱性能，这为利用Pr:PbF2晶体实现可见激光输出提供了基础与参考。

图1.不同掺杂浓度Pr:PbF2晶体的吸收截面

图2.不同掺杂浓度Pr:PbF2晶体的发射截面

图3.不同掺杂浓度Pr:PbF2晶体470nm-510nm范围内的增益截面以及最大增益截面与掺杂浓度的关系

该工作得到了中国科学院、上海市等项目的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2023.120357