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近日，哈爾濱工程大學(xué)先進(jìn)激光團(tuán)隊(duì)在新型氟化物玻璃陶瓷發(fā)光方面取得重要進(jìn)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(guó)際期刊Journal of the European Ceramic Society上。哈爾濱工程大學(xué)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(yīng)用方向：氟化物玻璃、納米晶陶瓷、中紅外發(fā)光

近年來(lái)，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(shì)而受到廣泛關(guān)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(zhuǎn)換發(fā)光和中紅外激光應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用。然而，盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，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(jī)械性能欠佳，阻礙了它們?cè)诠庾又械膹V泛應(yīng)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(nèi)的聲子能量，進(jìn)而影響了其總體的發(fā)光性能。因此，迫切需要對(duì)氟化物材料做出改進(jìn)，使其既能保持氟化物玻璃材料的特殊優(yōu)勢(shì)，又能增強(qiáng)其發(fā)光性能。

玻璃陶瓷具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，高硬度，可調(diào)控的發(fā)光波長(zhǎng)，增強(qiáng)的化學(xué)和機(jī)械性能，以及更高的激光損傷閾值等優(yōu)勢(shì)，使得玻璃陶瓷的研究在近些年來(lái)同樣備受青睞。然而，由于缺乏傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形成結(jié)構(gòu)，在氟化物系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可控地結(jié)晶是具有挑戰(zhàn)性的。此外，許多含氟玻璃的組成較為復(fù)雜，通常包括五到十種或更多的氟化物，這導(dǎo)致在結(jié)晶過(guò)程中形成各種不確定的晶體類(lèi)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(yīng)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(tǒng)的氟鋁酸鹽玻璃具有更寬的中紅外透過(guò)窗口。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(guò)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(guò)邊帶前仍然保持著70%以上的透過(guò)率。

隨后，通過(guò)X射線衍射測(cè)試，證實(shí)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(cè)試結(jié)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(xiàn)了明顯的富集現(xiàn)象。稀土元素富集在具有較低聲子能量的晶體附近會(huì)降低非輻射馳豫速率從而起到增強(qiáng)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(duì)其進(jìn)行了從可見(jiàn)至中紅外的熒光發(fā)射測(cè)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn)氟化物玻璃陶瓷樣品在激發(fā)光的激發(fā)下展現(xiàn)出更強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)射。通過(guò)一系列的全光譜發(fā)光測(cè)試，得到氟化物玻璃陶瓷樣品在可見(jiàn)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(qiáng)效果。

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本文中氟化物玻璃陶瓷可見(jiàn)區(qū)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜以及中紅外光致發(fā)光光譜測(cè)試采用卓立漢光的OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)光譜儀測(cè)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(cè)器進(jìn)行探測(cè)。OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀可以根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)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(tǒng)。

OmniFluo900系列近中紅外熒光光譜系統(tǒng)

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