近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗(yàn)室在可應(yīng)用于近紅外激光的Nd:CeF₃晶體研究中取得進(jìn)展，揭示該晶體的偏振吸收與發(fā)射光譜及熱學(xué)性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Luminescence上。

　　近紅外波段激光在環(huán)境監(jiān)測(cè)、激光通信及醫(yī)療等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。Nd³⁺離子摻雜材料由于具有豐富的躍遷譜線、較低的激光閾值以及良好的商用LD泵浦源匹配性，成為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(dǎo)致其難以在現(xiàn)有基質(zhì)中實(shí)現(xiàn)高濃度摻雜，限制基于Nd³⁺離子的近紅外激光的進(jìn)一步發(fā)展。

　　研究團(tuán)隊(duì)使用帶保護(hù)氣氛的坩堝下降法，生長(zhǎng)摻雜濃度為0.5 at.%、尺寸為Φ20 mm × 35 mm的Nd:CeF₃晶體，并對(duì)其進(jìn)行偏振光譜及熱學(xué)性能測(cè)試。結(jié)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(dǎo)率為1.57 W/m/K，且同摻雜濃度下的熱導(dǎo)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，高于目前常用的YAG和YVO₄等晶體，更易實(shí)現(xiàn)高濃度摻雜。該研究為Nd:CeF₃晶體在近紅外波段實(shí)現(xiàn)激光輸出提供重要思路及參考。

　　研究工作得到國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

Nd:CeF₃晶體的近紅外熒光光譜及⁴F_3/2→⁴I_11/2 躍遷擬合曲線