近赤外分光技術は、食品科学、情報セキュリティ、生物医療などの重要な国民生活分野における近赤外光源に対してますます高い要求を課しています。高効率な超広帯域発光の近赤外光源の開発は重要かつ緊急の研究課題となっています。本稿では、融解焼入れ法を用いて、フッ素シリケートガラス系SiO₂-K₂CO₃-KF·2H₂O-MgF₂中にペロブスカイト型KMgF₃ナノ結晶を成功裏に析出させました。ガラス組成および熱処理温度を変更することでフッ化物ナノ結晶相の析出を制御し、結晶化と透明度が最適な微結晶ガラス試料を得ました。ガラス中のKMgF₃ナノ結晶はCr³⁺およびNi²⁺に安定した八面体配位と低励起子エネルギー発光環境を提供し、450nmの青色光励起下でCr³⁺からNi²⁺へのエネルギー移動に基づき、Cr³⁺（700~1200nm）およびNi²⁺（1400~1700nm）二重広帯域近赤外発光を実現しました。二重広帯域近赤外発光強度はイオンドーピング濃度に応じて調整可能です。蛍光スペクトルおよび蛍光減衰曲線の解析から、Cr³⁺からNi²⁺へのエネルギー移動過程が証明され、そのエネルギー移動効率は52.2%、エネルギー移動機構は電子双極子-四重極相互作用であることが示されました。本研究結果は、透明光学材料の超広帯域発光法則を体系的に把握するための基礎データを提供するだけでなく、低コストで高効率な近赤外広帯域光源の設計・開発にも寄与します。

微結晶ガラス、フッ化物ナノ結晶、広帯域近赤外発光; Cr³⁺およびNi²⁺