近期，中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室在3微米激光晶體研究中取得進展。
近年來，無序晶體材料以超寬帶的發光特性，成為超快激光領域重要的增益介質。ABCO4型（A=Ca，Sr，Ba；B=稀土元素；C=Ga，Al或過渡元素）激光晶體以高的結構無序度、優良的熱學性能和較低的聲子能量，被認為是有可能獲得商用發展的超快激光增益介質，可應用于醫療、軍事、工業、科研等領域。隨著1.15微米半導體激光技術的發展，鈥離子（Ho3+）3微米中紅外發光的泵浦問題得以解決。因此，研究鈥摻雜CaGdAlO4晶體（Ho：CaGdAlO4）對于實現直接激光二極管泵浦的中紅外超快激光具有實用價值。
研究團隊采用提拉法生長Ho：CaGdAlO4和Ho，Pr：CaGdAlO4晶體，分析晶體質量、結構、溶質分凝與偏振光譜性能。Ho3+:5I6→5I7躍遷呈寬帶熒光特性，發射波長從2750nm延伸至3000nm，為中紅外超短脈沖的產生提供頻譜保障。但激光下能級的壽命（8.64ms）遠大于上能級（0.22ms），影響激光效率且易出現激光自終態瓶頸效應。研究發現，共摻雜Pr3+離子對3微米激光下能級（Ho3+：5I7）起有效退激活作用，退激活效率達96.2%。共摻Pr3+離子使Ho，Pr：CaGdAlO4晶體中紅外熒光增強。相應的3微米激光實驗正在進行。
相關研究成果發表在Journal of Luminescence上，研究工作得到國家自然科學基金、科技部重點研發計劃等的支持。
此外，研究團隊此前在新型中紅外氟化物激光晶體的生長和性能研究中也取得系列研究進展（Journal of Alloys and Compounds，2020，827：154268：Journal of Luminescence，2019，210：142-145：Journal of Luminescence，2018，203: 730-734）。
圖1.Pr3+共摻前后3微米熒光光譜
圖2.Pr3+共摻前后Ho3+三微米激光上、下能級壽命對比
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