铒掺杂YScO3与GdScO3晶体的光谱特性研究及其在1.6 μm波段激光器的应用潜力

本文系统研究了铒(Er3+)掺杂YScO3和GdScO3晶体的光谱特性，通过边缘限定薄膜生长(EFG)技术制备晶体，采用高功率1532 nm激光激发，分析了掺杂浓度和晶体结构对上转换损耗(UC)的影响。研究发现0.25%Er:YScO3在共振泵浦1.6 μm激光应用中表现出更低的上转换损耗和更优的激光性能，为眼安全波段激光器提供了新型增益介质选择。

　　

Highlight

铒掺杂氧化物晶体作为眼安全波段激光器的增益介质应用广泛。本研究通过边缘限定薄膜生长(EFG)技术制备了Er³⁺掺杂的稀土氧化物晶体YScO₃和GdScO₃，系统研究了其在1.6 μm波段的光谱特性。采用高功率1532 nm激光激发，考察了掺杂浓度和晶体结构对上转换损耗的影响，并通过功率依赖性上转换发射谱进行了验证。变温光谱分析揭示了YScO₃晶体的无序结构特征。最终表明，0.25%Er:YScO₃因其较低的上转换损耗，是共振泵浦1.6 μm激光应用中更具潜力的激光基质材料。

Crystal Growth

YScO₃和GdScO₃分别具有立方铁锰矿(空间群Ia3)和正交钙钛矿(空间群Pnma)结构。虽然已有报道通过助熔剂法生长出正交钙钛矿相的YScO₃晶体，但其相形成与转化机制仍待阐明。作为Y₂O₃和Sc₂O₃的固溶体，铁锰矿相YScO₃晶体可通过多种熔融法生长。

Crystal structure

图1(d)的PXRD结果与各晶体结构高度吻合。ICP-OES测试结果(表1)显示实际掺杂浓度与设计值接近。混合晶体YScO₃具有立方铁锰矿结构，发光掺杂仅限于具有C₂对称性的Y/Sc位点(占所有阳离子的3/4)。

Conclusion

本研究通过EFG方法生长了高熔点铁锰矿YScO₃和钙钛矿GdScO₃轻掺Er³⁺晶体，系统研究了其在眼安全近红外波段的光谱特性。通过高功率1532 nm激光激发下的功率依赖性上转换光谱，评估了其在1.6 μm激光产生中降低上转换损耗的潜力。结果表明，0.25%Er:YScO₃在性能上优于0.50%Er:YScO₃。