上海光機所在鈦寶石激光晶體氫氣退火機理研究取得進展

近期，中科院上海光機所先進激光與光電功能材料部在鈦寶石激光晶體氫氣退火機理研究方面取得進展，相關成果以“Experimental and theoretical investigation on the mechanism of hydrogen annealing for Ti:sapphire laser crystal”為題發(fā)表于Materials Today Communications。

鈦寶石激光晶體是三大基礎激光晶體之一，具有大硬度、耐腐蝕、高熱導、高損傷閾值、寬帶吸收與寬帶發(fā)射等優(yōu)良特性，被廣泛應用于可調(diào)諧激光器、超快激光器及高峰值功率激光裝置中。然而，鈦寶石晶體中存在的紅外殘余吸收會對其激光性能產(chǎn)生負面影響，對其進一步應用造成阻礙。

氫氣退火是一種降低鈦寶石晶體紅外殘余吸收的有效方法，但該方法的具體作用機理尚未有相關文獻報道。在理論層面深入理解氫氣退火對鈦寶石晶體的作用機理對改進該方法有重要意義。研究團隊采用實驗與基于密度泛函理論的第一性原理計算相結合的方法，就氫氣退火過程對鈦寶石晶體光譜特性的影響開展了研究。在實驗方面，測試了各鈦寶石晶體樣品氫氣退火前后吸收帶與發(fā)射帶的偏振吸收光譜，歸納討論了氫氣退火對鈦寶石晶體因摻雜濃度與偏振方向?qū)е碌挠绊懖町悺Ｔ谟嬎惴矫�，構建了三種在氫氣退火過程中存在的缺陷構型，并對三種缺陷構型的形成能、電子及光學性質(zhì)進行了計算，計算結果證明了三種缺陷構型存在的合理性，得到了氫氣退火對不同缺陷構型所產(chǎn)生的影響及影響程度�？偨Y分析實驗與計算數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氫氣退火對鈦寶石晶體的影響是由晶體內(nèi)部多種缺陷共同作用的結果。這項工作為理解鈦寶石氫氣退火過程作用機理提供了新的思路，有助于進一步優(yōu)化鈦寶石氫氣退火處理的參數(shù)與條件。

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圖1.各鈦寶石晶體樣品氫氣退火前后的偏振吸收光譜

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圖2.Al2O3超胞及氫氣退火過程缺陷構型結構圖

該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學院及上海市等項目的支持。

相關鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108463