中文摘要：

全固态多波段集成光源由于其重要应用价值是光功能材料领域研究热点之一.利用传统的掺杂型增益介质由于对掺杂发光离子之间相互作用的可调控空间小,很难在一块透明介质材料里实现多波段的高效发光.本项目拟以透明微晶玻璃作为基质,通过控制玻璃的原位和多元化析晶,获得含有多种微晶相且掺杂有多种发光离子的特种微晶玻璃,利用掺杂离子在微晶相中的选择性掺杂实现对不同发光中心的相互作用控制,在一个块体材料内获得多波段的发光,并进一步开发全固态多波段集成光源.本项目拟同步开展微晶玻璃的微结构设计和调控的基础研究,了解复杂微晶玻璃体系形成的热力学和动力学过程,探讨掺杂离子在微晶相形成过程中特有的迁移/富集特征和选择性掺杂现象的物理机制.该项目基于微晶玻璃微结构调控的研究思路对于研制新型全固态多波段集成光源并且在该领域拥有自主知识产权具有重要意义,且相关基础研究成果有助于提升我国微晶玻璃基础研究的国际影响力.

结论摘要：

在青年科学基金项目支持下，开展了玻璃微观结构调控和新型宽带多波段增益介质开发的研究，研究取得了良好进展。代表性成果概括如下 （1）发现了多组分玻璃析晶过程中特有的原位掺杂现象，弄清了物理机制离子晶体场稳定能差异的热力学因素和高粘态玻璃中有限扩散的动力学因素协同控制掺杂过程。利用原位掺杂过程激活过渡金属Ni离子并通过惰性共掺离子（F和In）调控其配位场，实现了可见波段（410~440nm）和近红外波段（1200~1400nm）的发光光谱特征（包括峰位和寿命）的调控，该研究成果为新型全固态多波段集成光源的开发提供了重要的材料设计思路。（2）通过控制多组分玻璃局域相变，实现了不同发光中心之间能量传递的控制，开发了具有高光学透过性能的Ni-Bi共掺微晶玻璃材料，利用ZnAl2O4微晶相的析出和Ni离子的选择性掺杂对Ni和Bi离子进行物理隔离并成功实现了能量传递抑制，获得了半高宽达350nm的近红外宽带发光，所提出的方法对于发光中心传能控制提供了很好的思路。（3）首次发现了多组分玻璃中发光中心化学状态和玻璃拓扑结构的内禀关系，通过调控玻璃拓扑结构从二维层状、二维-三维杂化结构到三维网络结构的演变，实现了Bi发光中心聚集状态的控制，有效抑制了浓度淬灭效应，在实现带宽拓展的同时大幅提高了玻璃发光性能，并实现了宽带光放大，研究结果为高增益玻璃材料开发提供重要参考。 共发表SCI论文25篇，其中包括Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，Nano Lett.，J. Photochem. Photobio C等影响因子大于10的论文4篇，影响因子大于3的论文13篇，申请发明专利6项，发表在Adv. Mater.上的论文被选为封面文章，另有1篇被编辑选为Recommended Readers Article，研究成果得到包括杂化材料领域奠基人与开拓者Sanchez院士等的引用和正面评价。项目负责人分别在第17届国际光电子和通讯会议，第10届国际固体化学会议等重要国际学术会议作邀请报告5次，国内学术会议邀请报告3次。项目负责人获日本陶瓷协会仓田元治奖（Kurata Award，亚洲地区每年2-3名）。指导和合作指导研究生参加并分获第8届全国稀土发光材料学术研讨会暨国际论坛和第13届国际非晶态固体物理会议最优秀墙报奖。