[發明專利]一種基于微納諧振結構對摻稀土材料上轉換發光實現量子調控的方法

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• 申請號: 202210081231.4
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114709704A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 孫志軍;羅雯;徐峰
• 申請（專利權）人: 廈門大學深圳研究院
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/16;C09K11/85
• 代理公司: 廈門市天富勤知識產權代理事務所(普通合伙) 35244
• 代理人: 顧克帥

1.一種基于微納諧振結構對摻稀土材料上轉換發光實現量子調控的方法，在近紅外光的激發下，上轉換發光材料敏化劑可以有效地吸收外界的輻射能量，并迅速傳遞給激活劑離子，激活劑離子吸收光子從基態躍遷到激發態，隨后將能量傳遞到上轉換發光材料離子的不同能級，位于各個激發態的激活劑離子通過多步的多光子無輻射弛豫和輻射弛豫最終回到基態，并發出可見光，其特征在于：將上轉換發光材料的激活劑離子和敏化劑離子制成納米晶顆粒設置在微納諧振腔內，調節微納諧振腔的共振波長使之處于激活劑離子發射波長，會激活劑離子的多步躍遷，增強該處的上轉換發光強度，通過諧振模式的調制，抑制發光通道的輻射躍遷，促使處于各激發態的粒子重新分布，包括通過不同激發態間粒子的能量轉移和非輻射躍遷等過程，當微腔的共振波長處于納米粒子發射波長時，在諧振波長處，模式密度增加，自發輻射速率增大，共振狀態下的光學諧振腔可以允許滿足一定頻率匹配條件的光子通過，使被允許的一個通道的激發態聚集更多的粒子數，從而抑制其它發射波長的上轉換發光，實現上轉換發光為單色光。

2.如權利要求1所述的一種基于微納諧振結構對摻稀土材料上轉換發光發光實現量子調控的方法，其特征在于：所述的激活劑離子和敏化劑離子分別為Er³⁺和Yb³⁺，制得NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒。

3.如權利要求2所述的一種基于微納諧振結構對摻稀土材料上轉換發光發光實現量子調控的方法，其特征在于：微納諧振腔為法布里-珀羅諧振腔即F-P腔，該諧振腔為在玻璃襯底上熱蒸發一層金屬薄膜，在此金屬薄膜上淀積一層介質薄膜，介質薄膜中間設有一層的摻Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒層，在介質薄膜上再淀積一層金屬薄膜；通過調整金屬薄膜之間的介質薄膜的厚度，對上面所形成的法布里-帕羅特微腔結構的諧振光場模式進行調節，從而達到對摻Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒發光的量子調控；微腔的諧振波長處于納米粒子發射波長，增強該處的上轉換發光強度，并運用微腔的反諧振模式抑制其它發射波長的上轉換發光，通過內部調節諧振腔模式中Er³⁺離子的多步躍遷，實現單一顏色的上轉換發光和增強。

4.如權利要求2所述的一種基于微納諧振結構對摻稀土材料上轉換發光發光實現量子調控的方法，其特征在于：摻Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒夾在由DBR多層介質反射鏡之間的法布里-帕羅特諧振腔中，上下兩個DBR多層介質反射鏡設有多層具有不同折射率的兩種介質薄膜構成，在兩個DBR多層介質反射鏡之間設有摻Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒層；對DBR多層介質反射鏡之間的法布里-帕羅特諧振腔的厚度及諧振波長的調整，在DBR多層介質反射鏡禁帶上形成缺陷模式，當缺陷模式在約540nm時綠色熒光增強從而可以發出，紅色熒光仍在禁帶范圍無法發出；調節諧振腔的厚度及諧振波長，當缺陷在650nm時紅色熒光可以發出，這樣就實現了發出單色光。

5.如權利要求2所述的一種基于微納諧振結構對摻稀土材料上轉換發光發光實現量子調控的方法，其特征在于：摻Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒設在具有雙重表面等離激元諧振模式的復合金屬光柵上，當雙重諧振模式同時匹配綠色和紅色的上轉換發光UCL波段時，綠色和紅色UCL發射都可以增強；當雙重態諧振模式與激發波長和綠色或紅色UCL波段都匹配時，與諧振模式匹配的發射波段的UCL可以特別增強，增強因子大于單周期金屬光柵的單重等離激元諧振模式與激發波長或發射波長匹配時對摻Yb³⁺/Er³⁺納米晶顆粒UCL的增強。