物理学 > 光学
[提交于 2024年11月29日
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标题: 通过自敏化钬掺杂纳米颗粒实现高效的短波红外上转换
标题: Efficient short-wave infrared upconversion by self-sensitized holmium-doped nanoparticles
摘要: 光子上转换,将多个低能光子结合以产生一个高能光子,在生物医学、催化和光子应用中具有广泛兴趣。 掺杂镧系元素的纳米颗粒(LnNP)是一种独特的上转换纳米转换器,可以实现超大的反斯托克斯位移(>1000 nm)和高光稳定性,不会发生光漂白和光闪烁。 LnNPs的激发波长已被限制在第二近红外窗口(1000-1700 nm),主要由铒离子敏化,其吸收中心位于1.5$\mu$m附近。在这里,我们展示了新型自敏化的钬(Ho)掺杂纳米转换器,进一步将敏化范围扩展到2$\mu$m的短波红外,并实现高效的上转换到640 nm。 我们表明,这种上转换是一个四光子转换过程,其背后的能量转移上转换机制。 通过仔细控制掺杂浓度和外壳,我们实现了高达15.2%的上转换与下转换效率,超过理论最大值的一半。 将钬掺杂的LnNPs放置在一个等离子体纳米腔器件中,由于钬的发射寿命从29$\mu$s显著缩短至<1 ns,从而实现了发射强度的大幅增强(最多32倍),表明具有高达3x10$^4$的高Purcell增强因子。 这些结果在短波红外上转换和LnNP发射的纳米等离子体增强领域开辟了新的可能性,具有在检测、诊疗、光子学和光电学方面的潜在应用。
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