孟勇军 李洪 唐建伟 陈学文

(华中科技大学物理学院,武汉 430074)

等离激元纳腔可有效调控稀土掺杂纳米晶的上转换发光特性,其不仅能增强上转换发光强度,还可实现上转换发光光谱的调节.然而,目前利用纳腔进行上转化发光光谱调节的研究主要基于系综实验.相比系综实验,单颗粒实验由于可对同一颗上转换纳米晶进行对比研究,因而能够排除系综样品非均匀性对实验的影响.本文基于原子力显微镜原位纳米操纵技术将单颗粒Yb3+/Tm3+共掺杂纳米晶与由单根金纳米棒构成的等离激元纳腔进行耦合,实验上对比了同一颗纳米晶与金纳米棒耦合前后上转换发光的光谱、发光寿命和激发功率依赖特性的变化.实验结果与理论上通过结合电磁仿真和速率方程模拟得到的结果相符.研究结果表明,等离激元纳腔调控纳米晶上转换发光光谱是激发场增强效应、Purcell效应和辐射效率变化三方面效应共同作用的结果.

1 引言

上转换过程是一种可以通过反斯托克斯效应将长波长(近红外)的低能量光子转换为短波长(近红外、可见光和紫外光)的高能量光子的发光过程.与传统的下转换发光过程相比,上转换荧光具有高信背比的优点.稀土离子掺杂的上转换纳米晶(UCNC)由于具有优异的光化学稳定性、低毒性和丰富的辐射波长,是比较常用的上转换纳米材料[1,2],其在生物成像[3−5]、传感[6]、彩色显示[7,8]和加密[9−11]等方面具有广泛的应用价值.特定……