CN114709704B 一种基于微纳谐振结构对掺稀土材料上转换发光实现量子调控的方法 （厦门大学深圳研究院）

一种基于微纳谐振结构对掺稀土材料上转本发明公开一种基于微纳谐振结构对掺稀同激发态间粒子的能量转移和非辐射跃迁等过程，当微腔的共振波长处于纳米粒子发射波长步电子跃迁过程(包括辐射和非辐射跃迁)进行其它不需要发射波长的上转换发光以此抑制不2的上转换发光，实现上转换发光为单色光，所述的激活剂离子和敏化剂离子分别为Er3+和种介质薄膜构成，在两个DBR多层介质反在禁带范围无法发出；调节谐振腔的厚度及谐振波长，当缺陷在650nm时红色荧光可以发和红色UCL发射都可以增强；当双重态谐振模式与激发波长和绿色或红色UCL波段都匹配等离激元谐振模式与激发波长或发射波长匹配时对掺Yb3+/Er3+纳米晶颗粒U2.如权利要求1所述的一种基于微纳谐振结构对掺稀土材料上转换发光发光实现量子达到对掺Yb3+/Er3+纳米晶颗粒发光的量子调控；微腔的谐振波长处于纳米粒子发射波长，增强该处的上转换发光强度，并运用微腔的反谐振模式抑制其它发射波长的上转换发光，3系离子的上转换发光材料获得了大量研究者的关注，并逐步显露出其在生物标记和成像、离子从4F9/2到4I15/2能级的跃迁，发射出中心波长在650nm的红色荧光，从4S3/2或2H11/2到间的多步电子跃迁和多波长光子发射、以及相邻离子间的能量转移和淬灭效应等(限制稀[0004]本发明的目的在于提供一种通过调控微纳谐振腔实现上转换发光转换为音色光4DBR多层介质反射镜之间的法布里-帕罗特谐振腔中，上下两个DBR多层介质反射镜设有多层具有不同折射率的两种介质薄膜构成，在两个DBR多层介质反射镜之间设有掺Yb3+/Er3+单周期金属光栅的单重等离激元谐振模式与激发波长或发射波长匹配时对掺Yb3+/Er3+纳5[0012]图5为本发明实施例1中975nm激光激发下，1阶谐振波长在540nm样品的上转换荧[0015]图8为本发明实施例2中DBF谐振腔禁带缺陷分别在540nm和650nm上转换荧光光谱[0018]图11为所制备的(p1，p2)＝(462600)和(600947)nm的UCNPs在不同能级间的跃迁对于Er3+离子乃至整个镧系离子的上转换发光产生决定性的于各激发态的粒子重新分布(包括通过不同激发态间粒子的能量转移和非辐射跃迁等过6[0044]F-P腔是近代光学中常见的一种多光束干涉光学谐振腔，主要由两个平行的反射7消相邻的上转换发射带。在发明中中，我们所制备的金属腔的最低阶谐振模式具有约30-所得荧光现象充分证实了微腔的谐振模式对NaYF4纳米晶颗粒发光强度的调控作射的4S3/2能级的离子也可无辐射跃迁到4F9/2能级，所以红色的上转换荧光没有办法被有效[0050]本发明第二种实施例采用DistributedBraggReflector(分布式布拉格反射镜)8[0052]使用多路复用金属光栅通过设计位于绿色和红色UCL发射波长，或激发和发射波[0053]金属纳米元件中的局域等离子体激元通常具有低品质因数(Q)、宽带偶极共振特[0054]图9示出了由周期为p1(深色实线)和p2(浅色实线)的两个正弦光栅叠加而成的双9[0057]图10为UCNPs涂层多路复用金属光栅的示意图。图11为所制备的(p1，p2)=(462600)和(600947)nm的UCNPs涂层复用金属光栅的反射光谱，其双峰共栅线的方向很好地对齐。仔细曝光和显影光刻胶后，在顶部共形沉积一层银膜(约150nm厚)，然后使用热蒸发器沉积一层MgF2层(约20nm厚)。通过将分散在环己烷(摩尔浓度0.01mmol/mL)中的UCNP溶液浸入其表面并以3000rpm的转速旋转涂覆30秒，将UCNP涂覆在构光栅周期是SP模式在准平面金属表面的有效折射率，m是共振阶数(通常使用m＝1)。注[0061]在图12中，研究了位于绿色和/或红色UCL发射带和激发波长的UCNPs涂覆的多路(600947)nm的UCNPs涂覆的多路复用金属光栅，在(λ1，λ2)＝(545659)，(548983)和品的UCL光谱如图12b和12d所示。在下文中，我们首先对样品的综合UCL强度的增强因子对绿色和红色UCL增强的作用明显强于UCL发射带(p＝462和600nm)中的SP共振。前者的增[0063]对于双重复用金属光栅上的UCNP，当其中一个双重SP共振模式位于激发波长[对波段(对于p＝462和600nm)仅具有单态SP共振模式的样品的UCL发射的的SP共振模式比绿色和/或红色UCL发射带中的SP共振模式对UCL的增强更为深刻。与平面金属膜上的UCNPs(例如UCNPs/MgF2/Ag)相比，UCL发射带中的SP共振模式适度增强了相应UCLs的共振增强程度较低。与平面玻璃衬底上的UCNP相比，单周期和复用金属光栅上的此外，在较短波长下(例如，在绿色UCL带中)金属结构中较高的吸收损耗也可能影响绿色多重态独立共振模式可以灵活地应用于控制涉及多个频率的光子的光-物质相互作用。这种实现为开发高效的片上上转换器件提供了一种共振控制和增强Ln3+掺杂材料UCL的方