热点应用丨Nature Photonics：华南理工大学夏志国-透明陶瓷

基于激光激发磷光体的高功率宽带近红外（NIR）光源在夜间视距、生物医学成像和传感等光子学应用中具有很高的需求，但由于固有的能隙定律，开发高效的NIR发光材料面临着巨大的挑战。在这里，我们报告了一种由等离子体喷射烧结制备的透明MgO:Cr3+陶瓷，它在810 nm处显示出宽带NIR发射峰，外部量子效率为81%，并具有52 W m-1 K-1的超高热导率。当用蓝色激光泵浦时，MgO:Cr3+陶瓷的输出功率超过6 W，光转换效率为29%。这种激光驱动的宽带NIR光源使在6 lp mm-1的空间分辨率下进行NIR成像成为可能，是新兴成像应用的有前途的技术。

图1 | 晶圆级氧化镁：铬3+透明陶瓷。a， 在自然光下，随着铬3+含量(x)的增加，抛光陶瓷圆盘的图像(0.5毫米厚，直径15毫米)。b-d， 氧化镁粉末(b)、氧化镁：0.2%铬3+陶瓷(c)和放大的目标区域(d)的SEM图像。

图2 | 透明氧化镁：铬离子陶瓷的荧光光谱和辐射机制。a， 室温下氧化镁：0.2%铬离子陶瓷的PL和PLE光谱。b， 氧化镁：x%铬离子陶瓷(x = 0.01-0.3; 724 nm处归一化)。c， 低温(77 K)下对氧化镁：0.2%铬离子陶瓷的高分辨率PL光谱进行测量。图例显示了在700 nm附近进行高斯拟合的结果。d， 当考虑局部电中性时， CrMg•-VMg"-CrMg•二聚体的不同分布。e， 模型1中扭曲的[CrO6]9-八面体的放大晶体结构。f， 模型1中电荷分布的二维切片。

图3 | MgO:Cr3+ 陶瓷的激发态ET机制。a， 温度依赖的PL光谱。I和II部分被标记以区分锐线和宽带发射带。b， 归一化的PL强度。I、II和III分别定义为50-100 K、100-200 K和200-460 K。c， 分别在724 nm和810 nm处监测到的温度依赖的平均衰减时间。d, Cr3+离子在MgO中的构象坐标图。e， 激活能(Ea)和黄-里斯因子(S)随温度变化的拟合结果。f, MgO:x%Cr3+陶瓷(x = 0.00001-0.005)的EPR和PL光谱。

图4 | 激光驱动的MgO:Cr3+陶瓷的发光性能。a、b，MgO:0.2%Cr3+陶瓷的EQE（a）和热导率（b）与其他磷光体的比较。透明陶瓷和磷光体分别用橙色和绿色椭圆形表示。CLZA，Ca1.73Lu1.73Zr1.73Al3.25O12；GLGA，Gd2.4Lu0.6Ga4AlO12；LCAS，Lu2CaAl4SiO12；LSMGS，Lu3Sc1.38Mg0.6Ga2.4Si0.6O12。误差条表示三次热导率测量的结果，中心表示平均值。c，MgO:0.2%Cr3+陶瓷的输入功率密度依赖的PL光谱。d，MgO:x%Cr3+陶瓷的NIR输出功率。插入的热像图显示随着入射激光功率的增加，照射点的温度改善情况。标尺条，5毫米。e，MgO:x%Cr3+陶瓷的蓝-NIR转换效率。插入图显示22 W mm-2蓝激光照射下MgO:0.2%Cr3+陶瓷的PL强度随时间的变化情况。f，蓝色激光激发下MgO:0.2%Cr3+陶瓷的NIR光的空间分布。

图5 | 激光驱动的近红外光源及其应用。a、b为包装好的近红外光源的物理图（a）和结构图（b）。c、d为在距离45米处拍摄的光源照片（c），以及在蓝色激光照射下附近的照片（d）。CCD，电荷耦合器件。e、f为在距离45米处使用近红外光源拍摄的SCUT字母（e）和木制桌顶篷的照片（f）。g，MgO:0.2%Cr3+ 陶瓷的成像检测分辨率，厚度为0.5毫米。h、i为分别穿过上臂和纸板后用近红外光拍摄的血管图像（h）和剪刀图像（i）。

本文转载自：光声电材料与器件

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