近日，在國家自然科學(xué)基金、深圳市基礎(chǔ)研究等項目支持下，哈工大（深圳）微納光電團隊成員金立敏助理教授與香港城市大學(xué)王鋒教授、朱世德教授合作，在國際著名期刊《Nature Communications》上發(fā)表了題為“Ultralarge anti-Stokes lasing through tandem upconversion”的論文（Nat. Commun. 2022, 13:1032）。哈工大（深圳）為通訊單位，金立敏、王鋒、朱世德為共同通訊作者。
文章指出，相干紫外光在環(huán)境和生命科學(xué)中有著重要應(yīng)用，然而直接紫外激光面臨著直接制造和運行成本的限制。研究團隊提出了一種通過串聯(lián)上轉(zhuǎn)換過程間接產(chǎn)生的深紫外激光策略，即構(gòu)建一種多殼層納米粒子，在1550納米遠程通信波長激發(fā)下，實現(xiàn)290納米處的深紫外激光輸出。在成熟的電信行業(yè)中，各種光學(xué)元件很容易獲得，該研究成果為構(gòu)建適用于器件應(yīng)用的小型化短波激光器提供了可行的解決方案。
關(guān)于上述研究，文章提到1260納米（≈3.5 eV）超大反斯托克斯位移原因一系列不同上轉(zhuǎn)換過程的串聯(lián)組合。在該實驗中，通過多殼層納米結(jié)構(gòu)將Tm3+和Er3+上轉(zhuǎn)換過程限制在不同的殼層中，以減少不同上轉(zhuǎn)換過程之間不可控的能量交換作用引起的激發(fā)能耗散。此文說明了Ce3+摻雜是實現(xiàn)多米諾上轉(zhuǎn)換的必要條件，這是由于Ce3+通過交叉弛豫抑制了Er3+的高階上轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了4Ⅰ11/2能級占優(yōu)的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，從而能夠促進Er3+Yb3+的能量轉(zhuǎn)移和隨后的Yb3+Tm3+上轉(zhuǎn)換過程。團隊將該材料與高Q值（2×105）的片上微環(huán)激光器件相集成以進行光學(xué)表征，首次觀察到了Er3+敏化的強深紫外上轉(zhuǎn)換激光輻射，該多米諾上轉(zhuǎn)換過程促進下的Tm3+離子五光子上轉(zhuǎn)換輻射對激光腔的Q值因子很敏感，并以尺寸近似的聚苯乙烯小球模擬癌細胞分泌物進行了傳感測量，可以通過監(jiān)測290納米激光閾值變化實現(xiàn)納米顆粒傳感，傳感尺寸小至300納米。
圖1. Er3+敏化的強深紫外片上激光器件及其在納米顆粒傳感方面的應(yīng)用
文、圖 | 材料科學(xué)與工程學(xué)院
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