เมื่อไม่นานนี้ กลุ่มนักวิจัยของ Hu Lili จากแผนกวัสดุฟังก์ชันเลเซอร์ขั้นสูงและออปโตอิเล็กทรอนิกส์ สถาบันออพติกส์และเครื่องจักรความแม่นยำเซี่ยงไฮ้ สถาบันวิทยาศาสตร์จีน (SIPM, CAS) ได้เสนอโครงการใหม่โดยใช้แก้วควอตซ์ที่เจือปน Dy3+ เป็นวัสดุเลเซอร์แสงสีเหลือง "การทำให้มืดลงเหนี่ยวนำด้วยรังสีในแก้วซิลิกาที่เจือปน Dy ที่ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้" ซึ่งตีพิมพ์ในวารสารของ American Ceramic Society
ปัจจุบัน แสงเลเซอร์สีเหลืองจากวัสดุที่เจือปนด้วย Dy3+ มีศักยภาพในการใช้งานที่สำคัญในสาขาการบำบัดด้วยการควบแน่นของ Bose-Einstein และการจับตัวเป็นก้อนด้วยแสง เมทริกซ์ไฟเบอร์ฟลูออไรด์ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุหลักของไฟเบอร์เกนที่มองเห็นได้เนื่องจากมีการกระจายโฟนอนต่ำ อย่างไรก็ตาม ไฟเบอร์ออปติกฟลูออไรด์มีข้อจำกัด เช่น ความเสถียรทางเคมีและคุณสมบัติเชิงกลต่ำ และสภาวะการเตรียมที่รุนแรง ซึ่งเพิ่มต้นทุนและความยากในการเตรียมอย่างมาก ในทางตรงกันข้าม เมทริกซ์แก้วควอทซ์ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากข้อได้เปรียบของคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และเชิงกลที่ยอดเยี่ยม และประสิทธิภาพทางแสงที่ดี และประสบความสำเร็จในการสร้างเอาต์พุตเลเซอร์สีเหลืองของไอออน Dy3+ อย่างไรก็ตาม ไฟเบอร์ควอทซ์ที่เจือปนด้วย Dy3+- มีปัญหาของโฟตอนมืดลงภายใต้การกระตุ้นของแสงสีน้ำเงิน ซึ่งจำกัดการปรับปรุงพลังงานเอาต์พุตเพิ่มเติม ดังนั้น วิธียับยั้งโฟตอนมืดลงจึงกลายเป็นปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญในสาขาเลเซอร์แสงที่มองเห็นได้
ทีมวิจัยเสนอวิธีแก้ปัญหาใหม่สำหรับแก้วควอทซ์ที่เติมสารไดออกไซด์เพื่อต้านทานการทำให้โฟตอนมืดลง โดยการเพิ่มอัตราส่วน P/Al แผนดังกล่าวจะยับยั้งการเกิดข้อบกพร่อง เช่น การเพิ่มค่าของไอออน Dy และ Al-OHC จากภายในเมทริกซ์แก้ว จึงลดการสูญเสียการดูดซับที่เกิดจากการฉายรังสีได้อย่างมาก ในแก้วควอทซ์ Al เป็นสารกระจายตัวที่ใช้กันทั่วไปสำหรับไอออนของแรร์เอิร์ธ ซึ่งสามารถปรับปรุงการกระจายตัวและการละลายของไอออนของแรร์เอิร์ธได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสถานะเวเลนซ์ของ Al3+ ในแก้วควอทซ์และเมทริกซ์ Si ไม่ตรงกัน จึงเกิดข้อบกพร่อง เช่น ศูนย์กลางโพรง Al-OHC ได้ง่ายหลังจากดูดซับพลังงานจำนวนหนึ่ง (แสงสีน้ำเงิน การฉายรังสีอัลตราไวโอเลต) การนำ P เข้าไปสามารถสร้างกลุ่มโครงสร้าง [PAlO4] ที่สมดุลเวเลนซ์และเสถียรร่วมกับ Al ซึ่งจะยับยั้งการเกิดข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับ Al และปรับปรุงความต้านทานการทำให้แสงมืดลงของแก้วควอทซ์ที่เติมสารไดออกไซด์ งานนี้ให้การสนับสนุนวัสดุและวิธีการที่สำคัญสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์ที่มองเห็นได้
งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติของจีนและโครงการอื่นๆ
รูปที่ 1 อัตราส่วน P/Al ที่สูงขึ้นช่วยระงับข้อบกพร่องที่เกิดจากการฉายรังสีในแก้วควอทซ์
