掺铒CaF_(2)、SrF_(2)、PbF_(2)晶体的光谱性能与团簇结构研究

作     者：TAM YU Puy Mang 徐愉 高泉浩 周海琼 张振 尹浩 李真 吕启涛 陈振强 马凤凯 苏良碧 TAM YU Puy Mang;XU Yu;GAO Quanhao;ZHOU Haiqiong;ZHANG Zhen;YIN Hao;LI Zhen;LÜQitao;CHEN Zhenqiang;MA Fengkai;SU Liangbi

作者机构：暨南大学光电工程系广东省晶体材料与激光技术工程研究中心广州510632 广东省光纤传感与通信重点实验室广州510632 暨南大学分析测试中心广州510632 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海201899 广东省工业超短脉冲激光技术重点实验室深圳518055 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2024年第39卷第3期

页      面：330-336,I0009,I0010页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：National Key R&D Program of China(2022YFB3605702) National Natural Science Foundation of China(61925508,61905289) Key-area Research and Development Program of Guangdong Province(2020B090922006) Guangzhou Science and Technology Project(202201010427) CAS Project for Young Scientists in Basic Research(YSBR-024) 

主　　题：铒 掺杂 氟化物晶体 铒离子团簇 光谱性能 

摘      要：3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒子数反转,导致自终止现象。为了解决这一难题,往往需要高浓度掺杂,通过能量传递降低4I13/2能级的寿命。然而高浓度掺杂又会造成晶体热性能变差,限制了掺Er3+激光晶体效率和功率。三阶铒离子容易在氟化物晶体中形成团簇,导致稀土离子间距缩短,即使在低掺杂浓度下稀土离子之间的能量传递作用仍较为显著。同时,低浓度掺杂还可以减轻激光运转下晶体的热堆积效应。掺铒氟化物晶体已成为一类重要的高功率、高效率中红外激光材料。然而,掺铒氟化物晶体的光谱性能与铒离子团簇结构之间的相互联系尚不明确,制约了掺铒氟化物晶体光谱和激光性能的进一步发展。本文采用第一性原理计算模拟了铒离子在CaF_(2)、SrF_(2)和PbF_(2)晶体中的团簇结构。结果显示,铒离子团簇结构随基质晶体变化逐渐演变。结合模拟计算和实验表征定性揭示了不同晶体离子团簇与光谱性能的联系,为掺铒氟化物中红外激光晶体材料的调控与设计提供参考。