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，中国科学院上海光学精密机械研究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。

Pr^3＋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Pr^3＋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Pr^3＋掺杂浓度呈正相关的关系。因此，增大Pr^3＋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。

该工作得到了中国科学院、上海市等项目的支持。

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