钛宝石激光晶体残余红外吸收起源的新理论

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室激光晶体研究团队使用基于密度泛函理论的第一性原理方法，完成对影响钛宝石激光发射效率的重要问题——残余红外吸收的理论突破，提出双机制核心残余红外吸收的理论。

钛宝石是三大基础激光晶体之一，具备极佳的物化、光谱和激光特性，是超强超快激光装置的关键关键材料之一。自打1982年钛宝石晶体激光性能被报道至今，与激光发射带重合的残余红外吸收始终是影响其激光发射效率的关键问题，所以，明确残余红外吸收的起源是钛宝石激光晶体研究的重要课题之一。

该研究团队根据Al2O3晶体结构中AlO6八面体的接触条件，界定并打造了4种Ti3+-Ti3+离子对模型和3种Ti4+-Ti3+离子对模型，运用密度泛函理论计算了涵盖各种缺陷模型的钛宝石晶体的电子光学性质，初次通过理论计算获得了与实验相匹配的近红外吸收光谱，提出了由线接触Ti3+-Ti3+离子对和面接触Ti4+-Ti3+离子对共同主导残余红外吸收的理论，成功地解释了残余红外吸收的退火特性、掺杂浓度依赖特性及其偏振特性。

该研究工作实现对影响钛宝石晶体激光发射效率重要环节的理论溯源和突破，不但对钛宝石激光晶体的研究发展起着至关重要的作用，同时也为筛选新型无残余红外吸收的钛掺杂激光晶体提供了思路。

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