华南理工大学在大功率近红外光源研究方面取得新进展

近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室夏志国教授团队在Nature Photonics期刊上在线发表了题为“Laser-Driven BroadbandNear-Infrared Light Source with Watt-Level Output”的研究论文。

该论文报道了一种组成极为简单的MgO:Cr³⁺近红外荧光透明陶瓷，所制作的蓝光激光驱动近红外光源器件输出功率达到目前最高纪录的6 W，并展示了其在远距离夜视补光和无损检测成像等领域的应用。

晶圆级MgO:Cr³⁺半透明陶瓷

蓝光发光二极管（LED）催生了第四代半导体照明技术，新应用需求对光源器件提出了更高的要求，蓝光激光二极管（LD）结合荧光转换材料成为一个重要的发展方向。它由极亮的蓝光LD泵浦荧光转换材料制作，并在航空航海照明、水下照明、激光荧光显示投影仪以及大功率近红外光源器件等应用中具有巨大潜力。

该项研究发明了一种接近“性能完美”的高稳定性MgO:Cr³⁺荧光透明陶瓷（中国发明专利，ZL202211147958.4），其宽带近红外发光发射峰值810 nm，取得了迄今为止的最高外量子效率（81%）。通过掺杂引入的Cr³⁺离子在Mg²⁺格位异价取代，使得结构中存在丰富的阳离子空位缺陷，形成了不同局域环境的Cr³⁺发光中心。与此同时，发光中心之间的声子辅助激发态能量传递过程，弥补了长波长发射的非辐射弛豫，克服了能隙率的影响，提升了发光效率。进一步得益于MgO荧光透明陶瓷所具有的超高导热率，在22 W/mm²蓝光LD泵浦下获得了超过6 W的宽带近红外输出功率，光转换效率达29%。

MgO:Cr³⁺荧光半透明陶瓷的荧光光谱及辐射机理

采用该项技术搭建的原型器件可穿透3 cm厚的不透光硬纸板，实现剪刀模型成像，其成像分辨率为6l p/mm。这种全新的激光驱动大功率近红外光源在夜视补光、工业探伤设备及医疗器械的无损检测成像等领域具有广泛应用前景。

激光驱动的近红外光源及其应用

华南理工大学材料科学与工程学院/发光材料与器件国家重点实验室博士研究生刘高超为该论文的第一作者，夏志国教授为通讯作者。这项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和广东省珠江人才计划资助。

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