一種具有瓦級(jí)輸出功率激光驅(qū)動(dòng)的寬帶近紅外光源器件

近日，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室夏志國(guó)教授團(tuán)隊(duì)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(bào)道了一種組成極為簡(jiǎn)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(dòng)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(wú)損檢測(cè)成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

晶圓級(jí)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(duì)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(gè)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(xiàng)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(guó)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(guò)摻雜引入的Cr3?離子在Mg2?格位異價(jià)取代，使得結(jié)構(gòu)中存在豐富的陽(yáng)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(shí)，發(fā)光中心之間的聲子輔助激發(fā)態(tài)能量傳遞過(guò)程，彌補(bǔ)了長(zhǎng)波長(zhǎng)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(guò)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(xiàng)技術(shù)搭建的原型器件可穿透3 cm厚的不透光硬紙板，實(shí)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(dòng)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(wú)損檢測(cè)成像等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

激光驅(qū)動(dòng)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生劉高超為該論文的第一作者，夏志國(guó)教授為通訊作者。這項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和廣東省珠江人才計(jì)劃資助。

論文鏈接：

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

審核編輯：劉清