Trivalent Dy3+ and Eu3+ Ions Codoped High-Entropy Gadolinium Yttrium Scandium Aluminum Garnet Crystals for Promising Visible Solid-State Laser and Anticounterfeiting Applications

材料科学 发光 分析化学(期刊) 兴奋剂 荧光 离子 激光器 光电子学 光学 化学 氧化物 色谱法 冶金 有机化学 物理
作者
Haitang Hu,Miaomiao Wang,Shoujun Ding,Chuancheng Zhang,Hao Ren,Yong Zou,Wenpeng Liu
标识
DOI:10.1021/acsaom.4c00423
摘要

Rare earth ion-doped luminescent materials exhibit significant potential for application in visible solid-state laser and anticounterfeiting applications. The Czochralski method was employed to successfully synthesize high-quality Dy3+, Eu3+ codoped Gd3Sc2Al3O12 (GSAG), and Gd2.79Y0.21Sc2Al3O12 (GYSAG) single crystals. Comprehensive studies were conducted on their structural and physicochemical properties, luminescence properties, and fluorescence lifetime. The Dy,Eu:GSAG and Dy,Eu:GYSAG crystals both display favorable thermal conductivity values of 5.56 and 5.43 W m–1 K–1, respectively, along with commendable hardness properties of 7.241 and 7.247 kg/mm2. The emission color of the Dy,Eu:G(Y)SAG crystals can be adjusted from white light under a 355 nm excitation to orange-red light under a 405 nm excitation and bright yellow light under a 450 nm excitation. Additionally, the maximum stimulated emission cross-section for both crystals was calculated under various wavelength laser excitations. The fluorescence lifetime of the crystals at the 4F9/2 level (Dy3+) and the 5D0 level (Eu3+) was also examined. Notably, the fluorescence quantum efficiencies at the 4F9/2 level in Dy,Eu:GSAG and Dy,Eu:GYSAG were measured to be impressive at 91.3 and 92.7%, respectively. The mechanism of resonance energy transfer between Dy3+ and Eu3+ was analyzed, indicating promising applications of Dy,Eu:G(Y)SAG in visible solid-state lasers and multimode anticounterfeiting.

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