Efficient Broadband Short‐Wave Infrared Luminescence at 1400 nm Enabled by Cr 3+ ‐Yb 3+ Energy Shuttle Design

材料科学 发光 光电子学 宽带 红外线的 荧光粉 光学 兴奋剂 光纤 激光器 光放大器 放大自发辐射 放大器 光子学 光通信 能量转移 量子点 光子晶体 受激发射
作者
Lipeng Huang,Ruiqi Shi,Kaihui Zhang,Xulong Lv,Xihui Shan,Shihai Miao,T Wang,Yanjie Liang
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adom.71285
摘要

ABSTRACT Broadband short‐wave infrared (SWIR) light sources are essential for advanced applications such as spectroscopy, optical communication, anti‐counterfeiting, and biological imaging. However, the advancement of SWIR emitters still faces significant challenges, including limited emission bandwidths, insufficient luminescence efficiency, and unsatisfactory device compatibility. Here, we report an efficient broadband SWIR‐emitting phosphor, Yb 3 Ga 5 O 12 :Cr 3+ , Ni 2+ , enabled by the Cr 3+– Yb 3+ energy shuttle design. The cooperative energy transfer from Cr 3+ to Yb 3+ and subsequently to Ni 2+ produces a broad emission spanning 900–1600 nm, with an intense Ni 2+ SWIR luminescence peaking at ∼1400 nm and high internal/external quantum efficiency of 43.1%/23.1%. Heavy doping of Cr 3+ (35%) yields optimum SWIR emission, suppressed non‐radiative losses, and a prolonged Ni 2+ lifetime (∼1.064 ms), confirming the efficient multi‐ion energy transfer pathway. The phosphor‐converted broadband SWIR LED prototype device by a combination of 450 nm blue LED and the optimized Yb 3 Ga 5 O 12 :35%Cr 3+ , 0.1%Ni 2+ phosphor is fabricated, delivering a maximum SWIR output power of ∼2.38 mW at 140 mA input current. Besides, the fabricated Yb 3 Ga 5 O 12 :Cr 3+ , Ni 2+ crystal fiber shows broadband SWIR luminescence upon 450 or 980 nm laser excitation, highlighting its potential for multi‐response fiber amplifiers in optical communication. This work provides a promising material platform for high‐performance SWIR emitters and photonic devices.
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