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超强激光科学卓越创新简报

(第二百三十八期)

2021年12月31日

上海光机所在稀土氟化物晶体研究方面取得进展

　　中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室激光晶体研究团队在CeF₃晶体研究基础上，开展了Er:CeF₃晶体生长、光谱和磁光性能研究。相关研究工作发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

　　掺铒（Er³⁺）材料在激光器、光振荡器和光放大器等领域具有重要的应用。三氟化铈（CeF₃）晶体具有大的稀土离子半径、高的透过率以及较低的声子能量有助于降低无辐射跃迁概率，是一种很有潜力的激光基质材料。另外，CeF₃晶体属于六方晶系，拥有较宽的透过波段，是重要的磁光材料，在偏振开关、磁光隔离器、法拉第旋转器等方面具有应用前景。

　　光谱研究表明，Er:CeF₃晶体有利于~1.5 μm激光的输出，在1564.6 nm处的发射截面为1.053×10^-20 cm²，相应的荧光寿命为1.675 ms。另外，磁光研究发现Er³⁺可以有效提高CeF₃晶体的磁光Verdet常数，其在可见532 nm和近红外1310 nm处的Verdet常数分别达到231.0和24.4 rad/(T·m)，比纯CeF₃晶体分别提高了23.5%和12.4%，且高于传统商用TGG晶体。Er³⁺增强CeF₃晶体的磁光效应主要源于Er³⁺和Ce³⁺之间的超交换作用，使晶体场产生进一步分裂，导致法拉第效应的增强。该项研究工作对探索兼具激光和磁光性能的多功能晶体具有一定参考价值。

　　相关工作得到了国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会项目的支持。

　　原文链接

　　图1 Er:CeF₃晶体的荧光光谱曲线（a）和Verdet随波长的变化曲线（b）

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