上海光機所基于中程配位環(huán)境調(diào)控增強摻釹石英玻璃發(fā)射性能

發(fā)布：cyqdesign 2023-10-20 11:00 閱讀：992

日期，中科院上海光機所高功率激光單元技術(shù)實驗室胡麗麗研究員團(tuán)隊基于中程配位環(huán)境調(diào)控在摻釹石英玻璃中獲得類石榴石微結(jié)構(gòu)，增強了1.06 μm發(fā)射性能，有望應(yīng)用于提升大能量激光的重復(fù)頻率。相關(guān)成果以“Boosting Nd3+ emission in Nd/Al/Y co-doped silica glass by mid-range localized environmental manipulation”為題發(fā)表于Ceramics International。

目前，激光器已經(jīng)達(dá)到了很高的能量水平（兆焦耳量級）和功率水平（拍瓦量級），但這些大能量激光器的重復(fù)頻率低（<10 Hz），導(dǎo)致應(yīng)用效率不足，遠(yuǎn)不能滿足激光沖擊強化、拍瓦超快激光以及聚變能源發(fā)電等應(yīng)用都對大能量高重頻激光的重大需求。激光增益介質(zhì)是激光器的核心和基礎(chǔ)，提高大能量激光器的重復(fù)頻率關(guān)鍵在于尋找抗熱震性優(yōu)良、發(fā)射性能好的激光增益介質(zhì)。石英玻璃具有比釔鋁石榴石晶體高1.5倍的耐熱沖擊品質(zhì)因素，且相對晶體制備大尺寸簡單、成本低廉，但稀土離子在石英玻璃中的發(fā)射截面較低，因此，提高稀土離子在石英玻璃中的發(fā)射性能具有重要研究價值。然而，調(diào)節(jié)稀土離子在剛性石英玻璃網(wǎng)絡(luò)中的光譜性質(zhì)面臨巨大挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊提出了一種中程局域化環(huán)境操縱的方法，將稀土離子微觀局域環(huán)境對稱性從無定形改變?yōu)槠谕木w結(jié)構(gòu)，以增強稀土離子的發(fā)射強度。他們用溶膠凝膠法制備了Nd/Y/Al共摻雜的石英玻璃，并對玻璃進(jìn)行不同時間的熱處理，以獲得不同的中程局域環(huán)境。透射電子顯微鏡、電子順磁共振測試和Judd-Ofelt理論分析結(jié)果顯示，Nd3+離子進(jìn)入YAG結(jié)構(gòu)有利于其發(fā)射增強。在優(yōu)化Nd3+的中程局域環(huán)境以平衡熒光增強效應(yīng)與熒光猝滅和瑞利散射之后，發(fā)射強度增加了300%。該研究結(jié)果表明，中程局域環(huán)境調(diào)控對于提高大能量激光器的重復(fù)頻率是非常有前途的。此外，這種方法可以推廣到調(diào)整其他稀土摻雜玻璃和光纖的發(fā)射特性。

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