Gần đây, nhóm nghiên cứu của Hu Lili từ Khoa Vật liệu chức năng quang điện tử và laser tiên tiến, Viện quang học và máy móc chính xác Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (SIPM, CAS), đã đề xuất một phương án mới dựa trên việc sử dụng thủy tinh thạch anh pha tạp Dy3+ làm vật liệu laser ánh sáng vàng. "Tia sáng gây tối trong thủy tinh silica pha tạp Dy ở bước sóng khả kiến" được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội gốm sứ Hoa Kỳ.
Hiện nay, ánh sáng laser vàng từ vật liệu pha tạp Dy3+ có tiềm năng ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực ngưng tụ Bose-Einstein và liệu pháp quang đông. Ma trận sợi florua được sử dụng rộng rãi làm vật liệu chính của sợi tăng cường khả kiến do phân bố phonon thấp. Tuy nhiên, sợi quang florua có những hạn chế như độ ổn định hóa học và tính chất cơ học kém, và điều kiện chế tạo khắc nghiệt, làm tăng đáng kể chi phí và độ khó chế tạo. Ngược lại, ma trận thủy tinh thạch anh đã đạt được sự phát triển nhanh chóng do những ưu điểm về tính chất vật lý, hóa học và cơ học tuyệt vời và hiệu suất quang học tốt, và đã hiện thực hóa thành công đầu ra laser vàng của các ion Dy3+. Tuy nhiên, sợi thạch anh pha tạp Dy3+- có vấn đề về tối photon khi bị kích thích bằng ánh sáng xanh, điều này hạn chế việc cải thiện thêm công suất đầu ra. Do đó, làm thế nào để ức chế tối photon đã trở thành một vấn đề khoa học quan trọng trong lĩnh vực laser ánh sáng khả kiến.
Nhóm nghiên cứu đề xuất một giải pháp mới cho kính thạch anh pha tạp Dy3+- để chống lại hiện tượng tối màu do photon. Bằng cách tăng tỷ lệ P/Al, phương án này ức chế sự hình thành các khuyết tật như sự tăng giá trị ion Dy và Al-OHC từ bên trong ma trận kính, do đó làm giảm đáng kể tổn thất hấp thụ do chiếu xạ. Trong kính thạch anh, Al là chất phân tán thường được sử dụng cho các ion đất hiếm, có thể cải thiện sự phân tán và độ hòa tan của các ion đất hiếm. Tuy nhiên, do trạng thái hóa trị của Al3+ trong kính thạch anh và ma trận Si không khớp nhau nên các khuyết tật như tâm hốc Al-OHC dễ dàng được tạo ra sau khi hấp thụ một lượng năng lượng nhất định (ánh sáng xanh, chiếu xạ cực tím). Việc đưa P vào có thể tạo thành các nhóm cấu trúc [PAlO4] cân bằng hóa trị và ổn định với Al, ức chế sự hình thành các khuyết tật liên quan đến Al và do đó cải thiện khả năng chống tối màu do ánh sáng của kính thạch anh pha tạp Dy. Công trình này cung cấp hỗ trợ vật liệu và phương pháp chính cho laser sợi quang khả kiến.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc và các chương trình khác.
Hình 1 Tỷ lệ P/Al cao ngăn chặn các khuyết tật do chiếu xạ gây ra trong thủy tinh thạch anh
