用户速递丨哈尔滨工程大学先进激光团队：从可见到中红外发光增强的新型氟化物玻璃陶瓷

近日，哈尔滨工程大学先进激光团队在新型氟化物玻璃陶瓷发光方面取得重要进展，研究成果以“Enhancing luminescence from visible to mid-infrared: Controllable crystallization in ZnF2-AlF3 fluoride glass-ceramics”为题发表在国际期刊Journal of the European Ceramic Society上。哈尔滨工程大学为该论文第一单位，毛黎明博士为第一作者，王鹏飞教授、贾世杰副教授为共同通讯作者。

应用方向：氟化物玻璃、纳米晶陶瓷、中红外发光

正文

近年来，氟化玻璃材料因其具有的低声子能量、从紫外到中红外波段的宽透射光谱以及稀土离子的高溶解度等优势而受到广泛关注。稀土掺杂的氟化物玻璃材料同样拥有较高的透光率，这在上转换发光和中红外激光应用中起着至关重要的作用。然而，尽管有这些优点，氟化物玻璃仍面临着明显的局限性。如玻璃成型范围有限，热稳定性差，机械性能欠佳，阻碍了它们在光子中的广泛应用。相比之下，氟氧化物玻璃具有更好的稳定性，但引入了氧化物，从而提高了玻璃基体内的声子能量，进而影响了其总体的发光性能。因此，迫切需要对氟化物材料做出改进，使其既能保持氟化物玻璃材料的特殊优势，又能增强其发光性能。

玻璃陶瓷具有优异的化学稳定性，高硬度，可调控的发光波长，增强的化学和机械性能，以及更高的激光损伤阈值等优势，使得玻璃陶瓷的研究在近些年来同样备受青睐。然而，由于缺乏传统的网络形成结构，在氟化物系统中实现可控地结晶是具有挑战性的。此外，许多含氟玻璃的组成较为复杂，通常包括五到十种或更多的氟化物，这导致在结晶过程中形成各种不确定的晶体类型。新型的基于ZnF₂-AlF₃基的氟化物玻璃，只含有五种氟化合物，是中红外激光应用的一种有前途的材料。ZnF₂的加入不仅降低了玻璃材料的声子能量，而且比传统的氟铝酸盐玻璃具有更宽的中红外透过窗口。

研究团队通过熔融淬火法制备了新型的Er³⁺掺杂的ZnF₂-AlF₃基氟化物玻璃，并通过一步热处理法制备了具有ZnF₂单相纳米晶的氟化物玻璃陶瓷。热处理后的玻璃陶瓷样品在2μm之后至截至透过边带前仍然保持着70%以上的透过率。

随后，通过X射线衍射测试，证实了具有单相的ZnF₂纳米晶体在玻璃样品中析出，晶粒大小在8μm左右。透射电镜的测试结果表明ZnF₂晶体在玻璃样品中均匀析出，并且Er³⁺在晶体区域出现了明显的富集现象。稀土元素富集在具有较低声子能量的晶体附近会降低非辐射驰豫速率从而起到增强荧光发射的效果。

*后，基于Er³⁺掺杂的氟化物玻璃陶瓷样品，对其进行了从可见至中红外的荧光发射测试。测试发现氟化物玻璃陶瓷样品在激发光的激发下展现出更强的可见光发射。通过一系列的全光谱发光测试，得到氟化物玻璃陶瓷样品在可见和近红外波段的发光增加了近10倍以上，在中红外2.7μm和3.5μm波段也有较为明显的增强效果。
 

关于此文章的更多细节请点击以下原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221924006356

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本文中氟化物玻璃陶瓷可见区的上转换发光光谱以及中红外光致发光光谱测试采用卓立汉光的OmniFluo900系列稳态瞬态光谱仪测试得到。激发光源为980nm CW激光器。近红外及中红外发射光谱使用InGaAs和InSb检测器进行探测。OmniFluo900系列稳态瞬态荧光光谱仪可以根据具体应用进行灵活搭建，为用户量身定制满足不同科研需求的光致发光系统。

OmniFluo900系列近中红外荧光光谱系统

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