上海光機(jī)所高功率激光單元技術(shù)實驗室面向可見光固體與光纖激光器的發(fā)展需求，創(chuàng)新發(fā)展Tb3+/Dy3+共摻的磷酸鹽玻璃。利用Dy3+的敏化作用，解決了Tb3+在玻璃基質(zhì)中小吸收截面的缺點，大大增強(qiáng)了其可見光發(fā)光效率。國際激光行業(yè)旗艦雜志LaserFocusWorld在2020年8月期報道了上海光機(jī)所在可見光激光玻璃材料研究取得的突破性進(jìn)展。

研究團(tuán)隊在磷酸鹽玻璃中，實驗發(fā)現(xiàn)敏化效應(yīng)大幅提高Tb3+離子的光學(xué)J-O參數(shù)Ω2和Ω4/Ω6（分別可達(dá)21.60×10–20cm2和0.73）。在濃度為0.5mol%的Dy3+離子敏化效應(yīng)作用下，Tb3+離子實現(xiàn)了55%的泵浦光抽運(yùn)效率，541nm的熒光發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)4倍。

實驗中測得Tb3+離子綠光熒光壽命達(dá)2.86 ms，目前在所有玻璃基質(zhì)材料報道的最佳結(jié)果。該研究成果發(fā)表于[J. Am. Ceram. Soc. (2020), DOI:10.1111/jace.17391]。

利用稀土摻雜玻璃材料搭建的可見光固體/光纖激光器，在材料加工、顯示技術(shù)、可見光通信和激光醫(yī)療領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。氟化物玻璃由于其低聲子分布，在目前可見光波段增益玻璃中廣泛使用。

然而其化學(xué)和機(jī)械性能差、制造困難和昂貴的成本限制了該材料取得更為廣泛的應(yīng)用。上海光機(jī)所高功率激光單元技術(shù)實驗室提出的Dy3+離子敏化的Tb3+摻雜磷酸鹽玻璃，為發(fā)展低成本、高發(fā)光效率、高化學(xué)穩(wěn)定性、高可靠性新型可見光激光玻璃提出了新方向。

圖1 上海光機(jī)所高功率激光單元技術(shù)實驗室合成的Tb3+/Dy3+共摻的磷酸鹽玻璃。在450nm激光照射下磷酸鹽玻璃Tb3+發(fā)射高亮度541nm熒光。