新型中红外激光晶体Dy：PbF2的生长及性能研究

In 3～5μm infrared wave band laser remote sensing, environmental monitoring, medical, communication, infrared guidance and confrontation and application field and has important application. Rare earth doped crystal materials with low phonon energy, can realize the room temperature solid-state infrared laser pumped output, become one of the hot research fields in recent years. PbF2 crystals have very low phonon energy ( 250cm-1) and excellent physical and chemical properties, is the mid infrared laser crystal with excellent combination properties, the level of 6H11/2 → 6H13/2 transition doped with trivalent dysprosium ions produced 4.3 μm fluorescence, is expected to develop into an infrared laser crystal material in high efficiency. The project was the first to carry out Dy3+ in the world: a study of PbF2 crystal growth, spectral and laser properties, using the Bridgman growth of Dy3+: PbF2 crystal, the optimization synthesis of PbF2 polycrystalline materials, study of spectral parameters, calculation of crystal using JO theory study of Dy3+: PbF2 the luminescence mechanism and laser properties, a mid infrared laser oscillation model, mid infrared laser output to the wavelength of 4.3 μm, acquired a new mid infrared laser crystal with independent intellectual property.

中红外3～5μm波段激光在遥感、环境监测、医疗、通信、红外制导和对抗等军民应用领域具有重要的应用。具有低声子能量的稀土掺杂晶体材料，可以实现室温下直接泵浦输出的全固态中红外激光，成为近几年研究的热点之一。PbF2晶体具有很低的声子能量（～250cm-1）和优良的物化性能，是一种综合性能优良的中红外激光基质晶体，利用掺杂三价镝离子的能级6H11/2→6H13/2跃迁产生～4.3μm荧光，可望发展成为一种高效率中红外激光晶体材料。本项目在国际上首次开展 Dy3+:PbF2晶体生长、光谱和激光等性能研究工作，采用坩埚下降法生长Dy3+:PbF2晶体，优化Dy3+:PbF2多晶原料合成技术，利用JO等理论研究计算晶体的光谱参数，研究Dy3+:PbF2晶体的发光机理和激光性能，建立中红外激光振荡模型，实现～4.3μm波段的中红外激光输出，获得具有自主知识产权的新型中红外激光晶体。

中红外3～5μm 波段激光在遥感、环境监测、医疗、通信、红外制导和对抗等军民应用领域具有重要的应用。本项目在国际上首次开展了 Dy:PbF2晶体生长、热学、光谱等性能研究工作。采用坩埚下降法生长出Ø30mm×70mm的Dy:PbF2晶体，通过组分与结构分析确定Dy离子在Dy:PbF2晶体中的分凝系数为1.15，测试晶体的热膨胀系数和热导率分别为36.76×10-6/K、1.06W/mK，Dy:PbF2晶体在3um~9um波段最大透过率达84%，在~3um波长的荧光寿命达15.3ms，量子效率高达93.3%，利用J-O理论计算研究Dy:PbF2晶体的光谱参数，评估了中红外激光性能，研究结果表明Dy:PbF2晶体有望发展成为一种新型的中红外激光晶体材料。此外，还研发成功Dy,Yb:PbF2、Nd,Ho:PbF2、Ho,Pr:LiLuF4、Nd:LaF3、Pr:LaF3、Pr:LiYF4等新型稀土离子掺杂的氟化物激光晶体，并实现了可见激光和中红外激光输出。. 本项目获得了具有自主知识产权的研究成果，发表标注资助号的SCI论文17篇，培养博士研究生2名。