[发明专利]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

权利要求书

1.一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，在近红外光的激发下，上转换发光材料敏化剂可以有效地吸收外界的辐射能量，并迅速传递给激活剂离子，激活剂离子吸收光子从基态跃迁到激发态，随后将能量传递到上转换发光材料离子的不同能级，位于各个激发态的激活剂离子通过多步的多光子无辐射弛豫和辐射弛豫最终回到基态，并发出可见光，其特征在于：将上转换发光材料的激活剂离子和敏化剂离子制成纳米晶颗粒设置在微纳谐振腔内，调节微纳谐振腔的共振波长使之处于激活剂离子发射波长，会激活剂离子的多步跃迁，增强该处的上转换发光强度，通过谐振模式的调制，抑制发光通道的辐射跃迁，促使处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程，当微腔的共振波长处于纳米粒子发射波长时，在谐振波长处，模式密度增加，自发辐射速率增大，共振状态下的光学谐振腔可以允许满足一定频率匹配条件的光子通过，使被允许的一个通道的激发态聚集更多的粒子数，从而抑制其它发射波长的上转换发光，实现上转换发光为单色光。

2.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调控的方法，其特征在于：所述的激活剂离子和敏化剂离子分别为Er³⁺和Yb³⁺，制得NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺纳米晶颗粒。

3.如权利要求2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调控的方法，其特征在于：微纳谐振腔为法布里-珀罗谐振腔即F-P腔，该谐振腔为在玻璃衬底上热蒸发一层金属薄膜，在此金属薄膜上淀积一层介质薄膜，介质薄膜中间设有一层的掺Yb³⁺/Er³⁺纳米晶颗粒层，在介质薄膜上再淀积一层金属薄膜；通过调整金属薄膜之间的介质薄膜的厚度，对上面所形成的法布里-帕罗特微腔结构的谐振光场模式进行调节，从而达到对掺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，通过内部调节谐振腔模式中Er³⁺离子的多步跃迁，实现单一颜色的上转换发光和增强。

4.如权利要求2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调控的方法，其特征在于：掺Yb³⁺/Er³⁺纳米晶颗粒夹在由DBR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⁺纳米晶颗粒层；对DBR多层介质反射镜之间的法布里-帕罗特谐振腔的厚度及谐振波长的调整，在DBR多层介质反射镜禁带上形成缺陷模式，当缺陷模式在约540nm时绿色荧光增强从而可以发出，红色荧光仍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时红色荧光可以发出，这样就实现了发出单色光。

5.如权利要求2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调控的方法，其特征在于：掺Yb³⁺/Er³⁺纳米晶颗粒设在具有双重表面等离激元谐振模式的复合金属光栅上，当双重谐振模式同时匹配绿色和红色的上转换发光UCL波段时，绿色和红色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波段都匹配时，与谐振模式匹配的发射波段的UCL可以特别增强，增强因子大于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⁺纳米晶颗粒UCL的增强。