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近日，哈爾濱工程大學先進激光團隊在新型氟化物玻璃陶瓷發(fā)光方面取得重要進展，研究成果以“Enhancing luminescence from visible to mid-infrared: Controllable crystallization in ZnF2-AlF3 fluoride glass-ceramics"為題發(fā)表在國際期刊Journal of the European Ceramic Society上。哈爾濱工程大學為該論文第一單位，毛黎明博士為第一作者，王鵬飛教授、賈世杰副教授為共同通訊作者。
應用方向：氟化物玻璃、納米晶陶瓷、中紅外發(fā)光
近年來，氟化玻璃材料因其具有的低聲子能量、從紫外到中紅外波段的寬透射光譜以及稀土離子的高溶解度等優(yōu)勢而受到廣泛關注。稀土摻雜的氟化物玻璃材料同樣擁有較高的透光率，這在上轉換發(fā)光和中紅外激光應用中起著至關重要的作用。然而，盡管有這些優(yōu)點，氟化物玻璃仍面臨著明顯的局限性。如玻璃成型范圍有限，熱穩(wěn)定性差，機械性能欠佳，阻礙了它們在光子中的廣泛應用。相比之下，氟氧化物玻璃具有更好的穩(wěn)定性，但引入了氧化物，從而提高了玻璃基體內的聲子能量，進而影響了其總體的發(fā)光性能。因此，迫切需要對氟化物材料做出改進，使其既能保持氟化物玻璃材料的特殊優(yōu)勢，又能增強其發(fā)光性能。
玻璃陶瓷具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，高硬度，可調控的發(fā)光波長，增強的化學和機械性能，以及更高的激光損傷閾值等優(yōu)勢，使得玻璃陶瓷的研究在近些年來同樣備受青睞。然而，由于缺乏傳統的網絡形成結構，在氟化物系統中實現可控地結晶是具有挑戰(zhàn)性的。此外，許多含氟玻璃的組成較為復雜，通常包括五到十種或更多的氟化物，這導致在結晶過程中形成各種不確定的晶體類型。新型的基于ZnF2-AlF3基的氟化物玻璃，只含有五種氟化合物，是中紅外激光應用的一種有前途的材料。ZnF2的加入不僅降低了玻璃材料的聲子能量，而且比傳統的氟鋁酸鹽玻璃具有更寬的中紅外透過窗口。
研究團隊通過熔融淬火法制備了新型的Er3+摻雜的ZnF2-AlF3基氟化物玻璃，并通過一步熱處理法制備了具有ZnF2單相納米晶的氟化物玻璃陶瓷。熱處理后的玻璃陶瓷樣品在2μm之后至截至透過邊帶前仍然保持著70%以上的透過率。
隨后，通過X射線衍射測試，證實了具有單相的ZnF2納米晶體在玻璃樣品中析出，晶粒大小在8μm左右。透射電鏡的測試結果表明ZnF2晶體在玻璃樣品中均勻析出，并且Er3+在晶體區(qū)域出現了明顯的富集現象。稀土元素富集在具有較低聲子能量的晶體附近會降低非輻射馳豫速率從而起到增強熒光發(fā)射的效果。
最后，基于Er3+摻雜的氟化物玻璃陶瓷樣品，對其進行了從可見至中紅外的熒光發(fā)射測試。測試發(fā)現氟化物玻璃陶瓷樣品在激發(fā)光的激發(fā)下展現出更強的可見光發(fā)射。通過一系列的全光譜發(fā)光測試，得到氟化物玻璃陶瓷樣品在可見和近紅外波段的發(fā)光增加了近10倍以上，在中紅外2.7μm和3.5μm波段也有較為明顯的增強效果。
配置推薦
本文中氟化物玻璃陶瓷可見區(qū)的上轉換發(fā)光光譜以及中紅外光致發(fā)光光譜測試采用卓立漢光的OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)光譜儀測試得到。激發(fā)光源為980nm CW激光器。近紅外及中紅外發(fā)射光譜使用InGaAs和InSb檢測器進行探測。OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀可以根據具體應用進行靈活搭建，為用戶量身定制滿足不同科研需求的光致發(fā)光系統。
OmniFluo900系列近中紅外熒光光譜系統
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