自悬空稀土上转换发光波导的传输和辐射
【徐红星院士和郑海荣教授联合团队】

 

稀土掺杂材料的上转换发光因其独特的光谱学性质和广泛的应用而备受关注。增强荧光辐射强度及控制辐射空间分布是实现荧光增强、提高收集效率的有效手段。荧光波导系统可引导光传输并控制荧光辐射方向,实现高效荧光收集。近年来,各种形貌微纳米材料的合成设计为稀土掺杂上转换发光微纳波导研究奠定了基础。然而,对于传统形貌的波导,由于其与衬底紧密接触而导致的能量损失,使荧光发射和传输受到限制。

武汉大学徐红星院士和陕西师范大学郑海荣教授团队设计了一种自悬空的稀土掺杂皇冠状上转换发光波导,在近红外光的激发下实现了可控的上转换荧光定向发射。得益于皇冠状微粒的特殊形貌,在波导和衬底之间形成的空气层,可降低衬底带来的能量损失,有效提高荧光辐射和收集效率,从而实现具有特定空间分布和较高亮度的荧光发射(图1)。他们还通过理论计算和傅里叶成像检测,对波导的空间发射角度和强度分布进行了详细研究。结果表明,该自悬空发光波导的定向辐射源于皇冠状颗粒内荧光的全反射模式。该体系的可控定向荧光发射和调控特性,有望提高检测效率,并在3D显示、微纳光电子器件和自发光微米激光器中具有潜在的应用。

图1 皇冠状稀土掺杂波导的上转换定向辐射示意图及发光图

研究团队简介

徐红星,中国科学院院士,武汉大学物理学院教授。2002年毕业于瑞典查尔莫斯理工大学应用物理系,并获博士学位。2002至2004年任瑞典隆德大学固体物理系助理教授。2005至2014年,任中科院物理研究所研究员,及纳米物理与器件实验室主任,并于2014年调入武汉大学。他长期从事等离激元光子学、纳米光学、单分子光谱和纳米光学芯片等前沿领域的研究,在单分子表面增强拉曼光谱和等离激元学领域做出了开创性和系统性的工作。同时,徐红星教授是陕西师范大学的特聘客座教授,与物理学与信息技术学院的激光光谱学与发光动力学课题组开展合作研究。

郑海荣教授为陕西师范大学物理学与信息技术学院的激光光谱学与发光动力学课题组组长。该课题组有固定成员6人,博士后2人,研究生30人(http://nano-optics.snnu.edu.cn/),研究方向为稀土掺杂发光、表面等离激元和针尖增强拉曼光谱等。

相关论文

Zhang C J, Zhang C Y, Zhang Z L, He T, Mi X H et al. Self-suspended rare-earth doped up-conversion luminescent waveguide: propa-gating and directional radiation. Opto-Electron Adv 3, 190045 (2020).

DOI:10.29026/oea.2020.190045