Baru-baru ini, kelompok peneliti Hu Lili dari Departemen Material Fungsional Laser dan Optoelektronik Canggih, Institut Optik dan Mesin Presisi Shanghai, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (SIPM, CAS), telah mengusulkan skema baru berdasarkan penggunaan kaca kuarsa terdoping Dy3+ sebagai material laser cahaya kuning. "Penggelapan yang diinduksi sinar-X dalam kaca silika terdoping Dy pada panjang gelombang tampak" yang diterbitkan dalam Jurnal Masyarakat Keramik Amerika.
Saat ini, sinar laser kuning dari material yang didoping Dy3+ memiliki aplikasi potensial yang penting di bidang terapi kondensasi Bose-Einstein dan fotokoagulasi. Matriks serat fluorida banyak digunakan sebagai material utama serat penguat tampak karena distribusi fononnya yang rendah. Akan tetapi, serat optik fluorida memiliki keterbatasan seperti stabilitas kimia dan sifat mekanis yang buruk, serta kondisi persiapan yang keras, yang secara substansial meningkatkan biaya dan kesulitan persiapan. Sebaliknya, matriks kaca kuarsa telah memperoleh perkembangan yang pesat karena keunggulan sifat fisik, kimia, dan mekanis yang sangat baik serta kinerja optik yang baik, dan telah berhasil mewujudkan keluaran laser kuning ion Dy3+. Akan tetapi, serat kuarsa yang didoping Dy3+- memiliki masalah penggelapan foton di bawah eksitasi cahaya biru, yang membatasi peningkatan daya keluaran lebih lanjut. Oleh karena itu, cara menghambat penggelapan foton telah menjadi masalah ilmiah utama di bidang laser cahaya tampak.
Tim peneliti mengusulkan solusi baru untuk kaca kuarsa terdoping Dy3+- guna menahan penggelapan foton. Dengan meningkatkan rasio P/Al, skema tersebut menghambat pembentukan cacat seperti valorisasi ion Dy dan Al-OHC dari dalam matriks kaca, sehingga secara drastis mengurangi kehilangan penyerapan yang disebabkan oleh iradiasi. Dalam kaca kuarsa, Al merupakan dispersan yang umum digunakan untuk ion tanah jarang, yang dapat meningkatkan dispersi dan kelarutan ion tanah jarang. Namun, karena ketidaksesuaian antara keadaan valensi Al3+ dalam kaca kuarsa dan matriks Si, cacat seperti pusat rongga Al-OHC mudah terbentuk setelah menyerap sejumlah energi (cahaya biru, iradiasi ultraviolet). Pengenalan P mampu membentuk gugus struktural [PAlO4] yang seimbang dan stabil dengan Al, yang menghambat pembentukan cacat terkait Al dan dengan demikian meningkatkan ketahanan kaca kuarsa terdoping Dy terhadap penggelapan cahaya. Pekerjaan ini menyediakan dukungan material dan metode utama untuk laser serat tampak.
Penelitian ini didukung oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok dan program lainnya.
Gambar 1 Rasio P/Al yang meningkat menekan cacat yang disebabkan oleh iradiasi pada kaca kuarsa
