双价阳离子共掺杂近红外石榴石荧光粉(YAG:Cr4+/Ca2+/Mg2+)的电荷补偿与表面改性研究——面向新一代宽带光纤放大器

本研究针对NIR-II波段(1100-1600nm)荧光转换LED在光通信领域应用不足的问题，通过创新性引入Mg2+/Ca2+双阳离子共掺杂策略，成功制备出Y2.76Al4.9O12:0.1Cr,0.16Ca,0.08Mg晶体光纤。该材料不仅通过Mg2+优化结构增强NIR-II发射，还创造额外四面体位点促进Cr4+掺杂，其发光性能显著优于商用Cr4+-YAG晶体光纤，为宽带光纤放大器发展提供新思路。

　　

这项突破性研究展示了如何通过"双管齐下"的策略打造超级近红外发光材料。科研人员像精准的化学裁缝般，在石榴石(YAG)晶体骨架中同时缝入Ca²⁺和Mg²⁺两种"智能补丁"——前者像建筑工兵般开拓出新的四面体空位，后者则如同结构工程师优化晶格环境。这种巧妙的双价阳离子共掺杂，成功将更多铬离子(Cr⁴⁺)安插到理想的发光位点，就像为量子发射器建造了定制公寓。

通过激光加热基座生长(LHPG)技术，团队培育出直径仅216.95微米的"荧光水晶面条"(晶体光纤)。这根2.65厘米长的微型光缆藏着惊人秘密：在1100-1600纳米波段，其发光强度把传统Cr⁴⁺-YAG材料远远甩在身后。就像给光纤通信系统装上了涡轮增压器，这种改良型荧光粉有望让光信号传输获得更宽的快车道。

特别有趣的是，镁离子的加入引发了"剥洋葱效应"——逐渐消除颗粒表层缺陷，就像美容师为晶体做深层清洁。同步发生的铬离子"搬家运动"(从八面体位点迁移至四面体位点)，则像把歌手从浴室换到音乐厅，显著提升其发光表现。这项研究为下一代宽带光纤放大器提供了充满想象力的材料设计方案。