基于衰减全反射结构的上转换发光特性研究

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上转换纳米晶体可以通过吸收低能光子,从而可以发射高能光子,这种独特的性质引起许多科学家的关注。这些材料通常具有较高的物理化学稳定性、较深的组织穿透深度、较低的生物毒性等优点,广泛应用于固态激光器、传感器、生物医学等领域。如今,我们在上转换发光材料领域的探索大部分还是专注在镧系掺杂的稀土上转换发光纳米材料。但是,这种材料的发光效率通常还相当低,即使是对于比较有效的材料品种,如:β-Na YF4:Yb3+/Er3+等,其量子利用率一般也不足1%,这就严重抑制了稀土上转换发光材料的应用,所以找到一种提高上转换发光效率的方法势在必行。表面等离激元具有局域场增强效应,当表面模式与含有稀土纳米颗粒的有机光纤发生耦合,稀土离子的荧光衰减速率、吸收截面等方面都有望得到改善。上转换发光材料在光纤中的应用已经得到了一定的发展,但借助表面等离激元来激发并且增强光纤环境的上转换效应的相关研究尚有不足。本文采用高温共沉淀法制备上转换纳米颗粒β-Na YF4:Yb3+/Er3+。通过使用氯仿对所制备的上转换纳米晶进行分散,并将PMMA颗粒掺入其中从而得到透明溶胶,进而拉制出掺有上转换纳米颗粒的有机聚合物光纤。将如上方法制备的光纤固定在棱镜上(在棱镜的表面镀50 nm厚的银膜),在980 nm的激光照射下,通过棱镜-光纤耦合法研究了该结构的上转换发光特性。在满足耦合条件时,光纤侧面距离光斑不同位置处及端面处的光谱信息并且加以分析。最后通过FDTD(meep)模拟棱镜耦合,优化耦合效率。实验结果表明:本文所制备的上转换纳米颗粒具有良好的上转换发光性能;通过棱镜耦合法激发的表面等离激元可以耦合到所制备的有机光纤的传导模式中,并且能够激发有机光纤中所掺纳米晶的上转换发光效应。本文为光纤环境中的上转换发光效应的应用提供了新思路。
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