[发明专利]一种基于MDM型纳米腔结构

说明书

本发明公开了基于MDM型纳米腔结构，其从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；并且在银纳米环层的各个银纳米环上，均对称设置了两个可以自由开启或关闭的缺口，并且可以调节缺口开口的角度；还可以通过银纳米环半径的变化，实现吸收光谱中吸收光面积和上转换荧光增强因子值的调节。通过以上设置，可以实现MDM型纳米腔对外接具有特定范围波长光源的高效吸收，并且使得MDM型纳米腔在特定波长范围内具有可调节的吸收光谱，即使得其吸收光谱实现自由的吸收强度调节，以及光谱红移或蓝移的调节，最终实现灵活地控制上转换发射的发射光谱。

技术领域

本发明涉及谐振腔技术领域，特别是涉及基于MDM型纳米腔结构。

背景技术

上转换纳米粒子(UCNPs)主要是掺杂稀土元素的无机纳米材料，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以将近红外光转变成紫外-可见光。因其具有优异的光化学稳定性，较深的光穿透深度、较长辐射寿命、无背景荧光干扰和对生物组织几乎无损伤等显著优势，在生物医学、显示技术和太阳能电池在内等众多领域起到了重要作用。但是仍然存在一些缺点，例如受到纳米材料的表面效应、晶格缺陷等限制，导致发光强度低，从而光信号较弱。为了提高发光效率，已经提出了很多解决的方法，包括选择基质材料、调整掺杂剂和表面化学等。近年来，金属纳米结构通过表面等离子体增强上转换发光的研究受到广泛关注，这得益于高局域场强和谱带匹配。

但目前大多数结构存在散射损耗较大以及耦合效率偏低等问题，限制了整体发光增强因子的提升，因此构建一种金属纳米结构和UCNPs高效耦合且低损耗的复合材料十分重要。H Giessen的小组早在2009年设计一种三层金属介质结构，能将近红外入射光束缚在某些特定区域，形成强大的局域电磁场。T Zhang等人研究了MDM结构的窄带吸收特性，并对其应用于传感器进行了理论分析。2019年X Liu团队报道了一种MDM型复合纳米腔上转换材料的结构，实现了上转换发光的高效增强并表现出多色发光外观，具有强局域场和等离子体共振特性可控的优势。以上是针对单波段的匹配进行研究的，如今已经报道808nm/980nm双通道激发的稀土上转换发光纳米材料在生物精准检测和超分辨率荧光成像方面有着独特的优势，同时发现第二个近红外窗口(1000-1700nm)相较于第一个近红外窗口(700-900nm)有着更好的成像质量和更深的组织穿透能力。适用于多重激发光并且具有完美吸收特性的复合结构增强上转换发光还鲜有人关注。

另外，已有文献(Xu J,Zhao Z,Yu H,et al,Optics Express,2016,24,25742-25751；Zhan S,Wu X,Liu Y,et al,Journal of Alloys and Compounds 2018,735,372-376)也报道了类似的MDM结构的谐振腔，然而，从自由调节谐振腔所吸收的光源强度而言，它们存在的不足在于：无法自由调节MDM结构对外接光源的照射光的强度，同时调节光谱范围相对较窄。

综上所述，亟需研发一种新的谐振腔结构，以解决现有技术中存在的问题，并提升器件的性能。

发明内容

基于此，本发明提供了一种基于MDM型纳米腔结构，其从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；并且在银纳米环层的各个银纳米环上，均对称设置了两个可以自由开启或关闭的缺口，并且可以调节缺口开口的角度；还可以通过银纳米环半径的变化，实现吸收光谱中吸收光面积和上转换荧光增强因子值的调节。通过以上设置，可以实现MDM型纳米腔对外接具有特定范围波长光源的高效吸收，并且使得MDM型纳米腔在特定波长范围内具有可调节的吸收光谱，即使得其吸收光谱实现自由的吸收强度调节，以及光谱红移或蓝移的调节，最终实现灵活地控制上转换发射的发射光谱。

本发明公开了一种基于MDM型纳米腔结构，其从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；

其中，所述银纳米环层由三个半径不等的银纳米环构成，分别为银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环，所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环互为共享圆心的同心环；