3-10um波段的中红外激光在新一代成像器件、近红外量子计数器件、大气遥感、分子和固态光谱、临床诊断、光学计量等方面具有广阔的应用。目前，OPO（光参量振荡器）激光器是覆盖这些波段的典型激光系统，但由于需要非线性晶体以及泵浦激光源配合作用，OPO激光器光学系统的设计与构造十分复杂。一种简单可行的解决办法是直接采用中红外固态激光器件，它要求有合适的激活离子和基体介质。稀土离子如Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Dy³⁺、Pr³⁺等能级结构复杂，在中红外区域具有丰富的发射波段。但对于目前被广泛研究的氧化物和氟化物玻璃或晶体基体，由于其声子能量较高，掺杂的稀土离子在中红外区域的无辐射跃迁几率较大，导致发光效率低。因此，研究具有低声子能量、且物化性能稳定的基体材料成为发展中红外固体激光器的关键环节。

相比于氧化物或氟化物，氯化物晶体具有更低的声子能量，如氯化镧（LaCl₃）晶体的最大声子能量约为210cm^-1，远低于氟化镧（LaF₃）的声子能量（约为400cm^-1）。目前已报道的稀土离子最长波长（7.2um）的激光发射正是通过在氯化镧晶体中掺入Pr³⁺离子实现的[1]。但由于该材料易吸水，需要特殊的处理和储存，因而限制了其实际应用。

硫卤玻璃是硫系化合物和卤化物或者它们的单质元素混合熔制成的玻璃态材料。它具有硫系玻璃高的化学稳定性和力学性能，同时又具有卤化物玻璃低本征损耗的特点;此外，其红外透过范围广（可达到远红外）、且透过率非常高，因此近年来作为红外光学窗口材料被广泛研究[2-6]。另外，由于硫卤玻璃具有低声子能量和高折射率，掺入稀土激活中心后，也可以作为中远红外发光材料[7-12]。但是，相对于晶体而言，玻璃材料中稀土的发射谱线较宽（存在非均匀展宽），导致其发射截面较低，不利于获得高效激光输出。

透明纳米结构玻璃陶瓷（由无机玻璃发生部分晶化而得，是玻璃相与纳米晶相的复合体）是一类很有前途的新型光功能纳米复合材料，它综合了晶体与玻璃材料的优点，可具有与晶体相近甚至更好的光学性能，而又有类似于玻璃材料制备技术简单、成本低和可高浓度掺杂的明显优势；此外，该复合材料的力学性能和热稳定性（主要取决于玻璃相基体）也与一般无机玻璃相当。要使该类纳米复合材料具有优异的发光性能，掺杂的稀土激活离子大部分以置换固溶的方式进入析出的纳米晶相中是非常重要的[13]。

目前，国际上对于硫卤玻璃晶化的研究刚刚起步，法国雷恩第一大学在这方面开展了较为全面的工作，但研究基本上局限于玻璃晶化对材料机械性能和红外透过率的影响 [14-18]。比如， Lucas等人通过控制组分与加热温度，在GeSe₂-Ga₂Se₃-CsCl硫卤玻璃中均匀析出Ga₂Se₃纳米晶，在透明性（近、中红外波段）不受影响的同时，有效地提高了材料的机械性能，使其作为红外窗口材料具有重要的应用前景[17]。但是，由于Ga³⁺离子的半径比稀土离子小得多，不利于掺杂的稀土离子以置换固溶的方式进入Ga₂Se₃晶格中，该材料并不适合作为稀土发光基体。最近，国内一些单位如武汉理工大学、上海硅酸盐研究所、上海技术物理研究所、宁波大学、华东理工大学等也开展了旨在改进硫卤玻璃材料机械性能的晶化研究，并取得不错的进展[19-22]。需要指出的是，迄今国内外通过研究稀土掺杂硫卤玻璃的可控晶化来提高其中红外发光特性，尤其是探索晶化结构与稀土中红外发光性能间关系的工作尚很少报道。

近年来，我们课题组在稀土掺杂透明氟氧化物玻璃陶瓷纳米复合材料的制备、镧系氟化物晶化与显微结构调控、以及稀土光谱性能等方面进行了大量的研究[13, 23-29]。研究表明，具有良好发光特性的纳米复合材料应当满足以下几个条件：（1）基体材料在泵浦光至发射光波段范围具有良好的透明性，因而材料中的晶化相应单分散均匀分布，且晶粒尺度处于纳米量级；或者晶相的折射率与玻璃基体相近，以减少光散射；（2）为了避免性能的稀释效应，特定晶相的晶化分数要尽量高，而其他晶相的析出受到完全抑制；（3）稀土离子周围的局域拓扑结构有序程度高，稀土最好以置换固溶的形式进入纳米晶格，以减少光谱的非均匀展宽。虽然镧系氟化物晶相（如LaF₃，YF₃，NaYF₄等）对三价稀土离子具有很高的固溶度，但氟氧化物玻璃陶瓷作为稀土中红外发射基体并不合适：首先，对于稀土的中红外发射，氟化物基体的声子能量偏高；其次，氟氧化物玻璃陶瓷的红外透过截止波长一般在2.8um左右，因而在3-10um波段是不透明的。因此，要发展优良中红外发光纳米复合材料，有必要研究含低声子能量纳米晶的新型材料体系。

基于上述考虑，我们课题组提出通过熔体急冷法及后续热处理制备系列稀土离子掺杂的、镶嵌特定镧系氯化物（如LaCl₃或YCl₃等）纳米晶的透明硫卤基纳米复合材料。由于作为发光中心的稀土离子与镧系氯化物纳米晶化相的阳离子同属镧系元素，因此较容易通过固溶置换的方式进入晶格中。重点研究镧系氯化物的晶化动力学和微观机理、以及氯化物的组分、结构、尺度、结晶分数和稀土浓度对材料中红外发光性能的影响，以期获得最佳成分-结构-性能的组合，为进一步开发新型中红外激光材料提供实验与理论依据。

目前初步研究结果表明这类材料晶化控制是比较难的，易于出现整体析晶的情况，相关的工作我们课题组正在进行当中。下图给出获得的含Ga₂S₃纳米晶的硫卤玻璃陶瓷的电镜照片。

             

撰写该文的目的是希望有更多的研究者能够开展这方面的工作，促进该类材料的研发。

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