一种具有非线性响应级联放大效应的纳米光子雪崩荧光原理与实现方法

文档序号:1797179 发布日期:2021-11-05 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 一种具有非线性响应级联放大效应的纳米光子雪崩荧光原理与实现方法 (Nanometer photon avalanche fluorescence principle with nonlinear response cascade amplification effect and implementation method ) 是由 詹求强 梁宇森 朱志旻 乔书倩 郭鑫 王保举 于 2021-08-02 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种具有非线性响应级联放大效应的纳米光子雪崩荧光原理与实现方法,所述的级联放大效应的光子雪崩由光子雪崩纳米引擎与级联离子共同作用实现,光子雪崩纳米引擎由雪崩离子与蓄水离子共掺杂的纳米晶体组成,两种离子都能辐射出高效稳定的光子雪崩荧光,级联离子掺杂在包覆纳米引擎的壳层,通过晶格能量迁移路径可将引擎中光子雪崩能量传递到级联离子。此稀土掺杂荧光纳米材料产生具有级联放大作用的高阶非线性光子雪崩效应,从而用同一激发策略实现纳米体系中多离子光子雪崩荧光辐射。(The invention discloses a nano photon avalanche fluorescence principle with nonlinear response cascade amplification effect and a realization method thereof, wherein photon avalanche of the cascade amplification effect is realized by the combined action of a photon avalanche nano engine and cascade ions, the photon avalanche nano engine consists of an avalanche ion and water storage ion co-doped nano crystal, both ions can radiate high-efficiency and stable photon avalanche fluorescence, the cascade ions are doped in a shell layer covering the nano engine, and photon avalanche energy in the engine can be transmitted to the cascade ions through a lattice energy migration path. The rare earth doped fluorescent nano material generates a high-order nonlinear photon avalanche effect with a cascade amplification effect, so that multi-ion photon avalanche fluorescence radiation in a nano system is realized by using the same excitation strategy.)

一种具有非线性响应级联放大效应的纳米光子雪崩荧光原理 与实现方法

技术领域

本发明属于非线性光学和纳米光子学领域,具体涉及一种具有非线性响应级联放大效应的纳米光子雪崩荧光原理与实现方法。

技术背景

非线性多光子效应是指非线性光学材料在具有高光子密度的入射光激发下,处于基态的分子/原子同时吸收多个光子后跃迁到激发态,经过弛豫过程跃迁到亚激发态,最后自发辐射回到基态,释放出能量略小于吸收光子能量之和的荧光光子。从1990年Denk等人开发了第一台双光子激光扫描显微镜开始,多光子成像由于低侵入性、高穿透性、空间切片能力强、高空间分辨率等优势,在医学领域得到了广泛应用。同时,基于非线性荧光效应的其他多光子技术也在分子探测、三维信息存储、微加工等领域得到广泛应用,展示了广阔的发展前景。

然而在传统非线性材料中,实现高阶吸收要求激光功率密度极高,激发源往往需采用脉冲激光器,即便如此,将非线性阶数提升到四以上也是非常困难。另一方面,提升多光子成像的分辨率往往采用具有高阶非线性的激发方式和选用短波长激发光,但实际上这两者具有矛盾关系,相互制约:多光子的激发波长通常位于近红外区域,阶数越高,所用到的波长越长,限制了多光子成像分辨率的提升。

在非线性光学领域中,稀土掺杂上转换纳米颗粒是一种新兴的非线性荧光探针。稀土离子具有丰富的阶梯状能级,中间能级寿命长,可连续吸收多个光子,跃迁至高能级,将低能量的近红外光转换为可见光和紫外光,具有激发光穿透深度大、无自发荧光背景和无光漂白等优势。光子雪崩现象是上转换荧光的一种重要机制,于1979年首次被报道,在高阶非线性荧光响应方面展现了巨大的潜力。但是目前大部分报道的光子雪崩现象都是在体材料或块状材料中进行观测,在纳米尺度下实现光子雪崩荧光发射非常困难。更重要的是,目前所有的光子雪崩效应只能在Pr3+、Nd3+、Tm3+、Er3+、Ho3+等单一稀土离子的荧光中实现,如果需要实现不同离子的光子雪崩荧光,就需要多种复杂的机制,效率低下,阻碍了光子雪崩效应在非线性光学领域的普及与应用。

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