山東大學(xué)在基于稀土摻雜YAG 單晶薄膜的固態(tài)微腔激光研究中取得新進(jìn)展

近日，物理學(xué)院陳峰教授團(tuán)隊(duì)在晶體薄膜制備和微腔激光方面取得新進(jìn)展，提出了一種名為“離子注入增強(qiáng)選擇性腐蝕方法”的技術(shù)，用于制備稀土元素?fù)诫s的釔鋁石榴石（YAG）單晶薄膜，并基于該材料制備微腔固態(tài)激光器，實(shí)現(xiàn)毫瓦級的激光輸出。相關(guān)研究成果以"Optically pumped Milliwatt Whispering-Gallery microcavity laser"為題發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域期刊Light:Science&Applications（影響因子19.4）。

稀土元素?fù)诫s的YAG 晶體是最優(yōu)秀的固態(tài)激光增益介質(zhì)之一，具有高增益、高硬度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高熱傳導(dǎo)性等特點(diǎn)。通過摻雜各種稀土元素，可以在近紅外至中紅外波長范圍（1 微米至3 微米）內(nèi)發(fā)射激光，在傳統(tǒng)的固體激光器中有廣泛的應(yīng)用。然而，YAG 晶體的高穩(wěn)定性和高硬度使得它難以通過化學(xué)和物理手段進(jìn)行微納加工，從而限制了其在微納激光系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了解決這個(gè)問題，研究團(tuán)隊(duì)將碳離子注入到Nd:YAG 晶體內(nèi)，形成了一個(gè)缺陷層，利用這個(gè)缺陷層加速了化學(xué)腐蝕作用，成功地將厚度為1 微米的Nd:YAG 單晶薄膜從Nd:YAG 塊狀晶體中剝離出來，最大剝離面積為10×0.1 mm2?；谶@個(gè)晶體薄膜，他們制備了直徑為30 微米的耳語回廊模式固態(tài)微腔激光器，微腔的Q 值為2.8×105。微腔激光的最大輸出功率為1.1 mW，最大光轉(zhuǎn)化效率為12.4%，這些參數(shù)是目前報(bào)道的微腔固態(tài)激光器的最大值。此外，研究人員還制造了獨(dú)特的偏心微腔，實(shí)現(xiàn)了有效的自由空間泵浦光耦合，促進(jìn)了微腔與波導(dǎo)的集成。這項(xiàng)研究為構(gòu)建緊湊型光子源提供了一個(gè)新路徑。

（山東大學(xué)）

包頭稀土研究院杭州分院攻克稀土耐磨材料制備技術(shù)

日前，包頭稀土研究院杭州分院成功攻克耐磨涂層過渡層用稀土材料制備技術(shù)，所合成的稀土改性涂層結(jié)合強(qiáng)度好，耐磨性能比單一氧化鋁涂層提高2～10 倍，在冶金、發(fā)電及船舶等行業(yè)中的管道、風(fēng)機(jī)葉輪、皮帶輪等部件具有廣闊應(yīng)用前景。

包頭稀土研究院杭州分院從解決包鋼金屬設(shè)備、材料在實(shí)際使用過程中摩擦磨損嚴(yán)重等實(shí)際問題入手，利用氧化物及合金耐磨陶瓷涂層具有耐磨性能好、涂層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度高、涂層質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)，在耐磨陶瓷涂層中引入可細(xì)化晶粒、凈化組織、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的稀土元素，改善涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，提高涂層的耐磨性。基于成熟的理論支持，包頭稀土研究院杭州分院組織專業(yè)技術(shù)人員開展稀土耐磨材料制備技術(shù)攻關(guān)，通過一系列制備工藝調(diào)整，攻克了制備技術(shù)障礙，成功利用高豐富富余稀土元素如鑭、鈰、釔等，合成高爐煤氣管道耐磨陶瓷涂層，有效提升了管道耐磨性能，降低輸送耗能，還拓展了包鋼集團(tuán)公司高豐度鑭鈰稀土元素的高值化利用。

接下來，包頭稀土研究院杭州分院將按照成功研制的生產(chǎn)技術(shù)編制實(shí)際生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)耐磨涂層過渡層用稀土材料工業(yè)化批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)科研技術(shù)的市場轉(zhuǎn)化和效益產(chǎn)出，推動(dòng)科研項(xiàng)目開發(fā)不斷進(jìn)步。

(包鋼集團(tuán))

上海大學(xué)理學(xué)院在分子水平的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

近日，理學(xué)院孫麗寧教授團(tuán)隊(duì)在分子水平的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光領(lǐng)域又取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果以“Upconversion Luminescence in Mononuclear Yb/Sm Co-crystal Assemblies at Room Temperature”為題發(fā)表在化學(xué)頂級學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。

由于稀土離子具有豐富的能級及4 f 電子躍遷的特性，使得某些稀土材料具有獨(dú)特的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，能夠?qū)⒌湍芰康慕t外激發(fā)光轉(zhuǎn)換為高能量的可見光或紫外光發(fā)射，近年來稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)前沿領(lǐng)域。目前，稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象的研究主要集中于無機(jī)基質(zhì)中，例如塊狀材料、熒光粉和納米顆粒等。在很長一段時(shí)間里，上轉(zhuǎn)換發(fā)光被認(rèn)為不可能在分子配合物中實(shí)現(xiàn)，主要原因是分子配合物中的-CH,-OH 和-NH 基團(tuán)能夠通過非輻射躍遷的方式猝滅本身就很弱的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。

近日，上海大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系孫麗寧教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種Yb/Sm 共晶聚集體，該聚集體由單核Yb 分子配合物和單核Sm 分子配合物組成，在980 nm 近紅外光的激發(fā)下，能量通過協(xié)同敏化上轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)移上轉(zhuǎn)換的方式傳遞給Sm3+離子，實(shí)現(xiàn)了Sm3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光；同時(shí)在360 nm 的紫外光激發(fā)下，該Yb/Sm 共晶聚集體也能夠發(fā)射出Sm3+離子的下轉(zhuǎn)移發(fā)光。除了熒光光譜的結(jié)果，下圖照片也顯示出，分別在360 nm 與980 nm 波長光激發(fā)下，肉眼能夠清楚地觀察到該Yb/Sm 聚集體的單晶都能夠呈現(xiàn)出亮麗的橙紅色發(fā)光。此外，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了不同比例的分子配合物組合對Sm3+離子發(fā)光的影響，當(dāng)Yb3+:Sm3+的摩爾比為1:1 時(shí)其發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)，同時(shí)也探究了下轉(zhuǎn)移和上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程的熒光壽命變化等。該團(tuán)隊(duì)對Yb/Sm 共晶聚集體的結(jié)構(gòu)和能量傳遞機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的表征和討論，創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了分子配合物中Sm3+離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，這為設(shè)計(jì)新型分子上轉(zhuǎn)換發(fā)光體系打開了嶄新的思路。

(上海大學(xué)理學(xué)院)