近期，福州大学材料学院李凌云副教授、于岩教授团队与合作者在激光晶体研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Triple-wavelength lasing with a stabilizedβ-LaBSiO5:Nd3+crystal”为题在线发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., DOI:10.1021/jacs.2c04331),并被选为封面文章。福州大学李凌云副教授、硕士生黄发铮、施艺为共同第一作者，福州大学李凌云副教授、于岩教授、美国西北大学Kenneth R. Poeppelmeier教授为共同通讯作者，福州大学为第一单位及通讯单位。这是激光晶体领域基础研究成果首次登上顶级期刊，为我国人工晶体基础研究在国际保持领先优势贡献福大力量。

多波长激光在太赫兹、全息术、精密测量等国防和民用领域有重要应用，其核心是多波长激光晶体。高温相硼硅酸镧晶体(β-LaBSiO5，简称β-LBSO)兼具硼酸盐、硅酸盐功能结构基元与合适的稀土离子晶体场环境，是理想的多波长激光晶体基质材料，但由于β-LBSO冷却过程中会发生相变且高温熔体粘度大，因此大尺寸β-LBSO晶体的生长迄今尚未突破。

团队采用高浓度Nd3+掺杂策略成功实现了β-LBSO的相变抑制。Nd3+掺杂浓度大于6.3%时会导致β-LBSO晶体中的B-O3键在高温时发生劈裂，O3原子发生均等统计分布，使得β-LBSO晶体在室温下得以稳定存在，从而突破了因相变开裂而无法获得大尺寸晶体的瓶颈难题。团队在国内外首次成功生长出厘米级尺寸的Nd3+掺杂β-LBSO晶体，采用简单的谐振腔设计成功实现了三波长连续波激光运转。在激光束中存在波长分别为1047nm,1071nm和1092nm的三种相干光，最高输出功率为235mW，斜效率为12.1%，综合性能最优。

掺杂是材料科学中常用的一种物相调控策略，其微观机制却鲜有明确阐释。本研究从晶体结构学角度揭示了高浓度Nd3+掺杂对β-LBSO晶体相变规律的调控机理，不仅为生长大尺寸β-LBSO晶体打下基础，也为相变调控研究提供了全新的视角和思路。所得三波长激光中三束相干光的波长差分别为21nm, 24nm和45nm，达到Nd3+掺杂三波长激光晶体的最大值，对其差频处理后还可获得频率分别为5.3THz, 6.4THz和11.7THz的太赫兹电磁波源，进一步拓展了其应用领域。该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金和美国自然科学基金等项目支持。

图1.晶体生长装置(a)与晶体生长过程示意图(b)，室温下的β-LBSO: 8.0%Nd3+(c)和β-LBSO: 15.8%Nd3+(d)晶体，β-LBSO: 8.0%Nd3+晶体的三波长激光光谱图(e)。