近日，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點實驗室夏志國教授團(tuán)隊在Nature Photonics期刊上在線發(fā)表了題為“Laser-Driven Broadband Near-Infrared Light Source with Watt-Level Output”的研究論文。

該論文報道了一種組成極為簡單的MgO:Cr3?近紅外熒光透明陶瓷，所制作的藍(lán)光激光驅(qū)動近紅外光源器件輸出功率達(dá)到目前最高紀(jì)錄的6 W，并展示了其在遠(yuǎn)距離夜視補(bǔ)光和無損檢測成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

晶圓級MgO:Cr3?半透明陶瓷

藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）催生了第四代半導(dǎo)體照明技術(shù)，新應(yīng)用需求對光源器件提出了更高的要求，藍(lán)光激光二極管（LD）結(jié)合熒光轉(zhuǎn)換材料成為一個重要的發(fā)展方向。它由極亮的藍(lán)光LD泵浦熒光轉(zhuǎn)換材料制作，并在航空航海照明、水下照明、激光熒光顯示投影儀以及大功率近紅外光源器件等應(yīng)用中具有巨大潛力。

該項研究發(fā)明了一種接近“性能完美”的高穩(wěn)定性MgO:Cr3?熒光透明陶瓷（中國發(fā)明專利，ZL202211147958.4），其寬帶近紅外發(fā)光發(fā)射峰值810 nm，取得了迄今為止的最高外量子效率（81%）。通過摻雜引入的Cr3?離子在Mg2?格位異價取代，使得結(jié)構(gòu)中存在豐富的陽離子空位缺陷，形成了不同局域環(huán)境的Cr3?發(fā)光中心。

與此同時，發(fā)光中心之間的聲子輔助激發(fā)態(tài)能量傳遞過程，彌補(bǔ)了長波長發(fā)射的非輻射弛豫，克服了能隙率的影響，提升了發(fā)光效率。進(jìn)一步得益于MgO熒光透明陶瓷所具有的超高導(dǎo)熱率，在22 W/mm2藍(lán)光LD泵浦下獲得了超過6 W的寬帶近紅外輸出功率，光轉(zhuǎn)換效率達(dá)29%。

MgO:Cr3?熒光半透明陶瓷的熒光光譜及輻射機(jī)理

采用該項技術(shù)搭建的原型器件可穿透3 cm厚的不透光硬紙板，實現(xiàn)剪刀模型成像，其成像分辨率為6l p/mm。這種全新的激光驅(qū)動大功率近紅外光源在夜視補(bǔ)光、工業(yè)探傷設(shè)備及醫(yī)療器械的無損檢測成像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

激光驅(qū)動的近紅外光源及其應(yīng)用

華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院/發(fā)光材料與器件國家重點實驗室博士研究生劉高超為該論文的第一作者，夏志國教授為通訊作者。這項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和廣東省珠江人才計劃資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41566-024-01400-7

審核編輯：劉清