近日，在國家自然科學(xué)基金、深圳市基礎(chǔ)研究等項(xiàng)目支持下，哈工大（深圳）微納光電團(tuán)隊(duì)成員金立敏助理教授與香港城市大學(xué)王鋒教授、朱世德教授合作發(fā)表了在新型深紫外激光器件領(lǐng)域取得的重要研究成果，為構(gòu)建適用于器件應(yīng)用的小型化短波激光器提供了可行的解決方案。

據(jù)悉，該研究成果以“Ultralarge anti-Stokes lasing through tandem upconversion”論文形式發(fā)表在了《Nature Communications》上。

文章指出，相干紫外光在環(huán)境和生命科學(xué)中有著重要應(yīng)用，然而直接紫外激光面臨著直接制造和運(yùn)行成本的限制。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過串聯(lián)上轉(zhuǎn)換過程間接產(chǎn)生的深紫外激光策略，即構(gòu)建一種多殼層納米粒子，在 1550 納米遠(yuǎn)程通信波長激發(fā)下，實(shí)現(xiàn) 290 納米處的深紫外激光輸出。

▲  Er3 + 敏化的強(qiáng)深紫外片上激光器件及其在納米顆粒傳感方面的應(yīng)用

文章指出，在成熟的電信行業(yè)中，各種光學(xué)元件很容易獲得，該研究成果為構(gòu)建適用于器件應(yīng)用的小型化短波激光器提供了可行的解決方案。

關(guān)于上述研究，文章提到 1260 納米（≈3.5 eV）超大反斯托克斯位移原因一系列不同上轉(zhuǎn)換過程的串聯(lián)組合。在該實(shí)驗(yàn)中，通過多殼層納米結(jié)構(gòu)將 Tm3 + 和 Er3 + 上轉(zhuǎn)換過程限制在不同的殼層中，以減少不同上轉(zhuǎn)換過程之間不可控的能量交換作用引起的激發(fā)能耗散。

此文說明了 Ce3 + 摻雜是實(shí)現(xiàn)多米諾上轉(zhuǎn)換的必要條件，這是由于 Ce3 + 通過交叉弛豫抑制了 Er3 + 的高階上轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了 4I11/2 能級占優(yōu)的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，從而能夠促進(jìn) Er3+→Yb3 + 的能量轉(zhuǎn)移和隨后的 Yb3+→Tm3 + 上轉(zhuǎn)換過程。

團(tuán)隊(duì)將該材料與高 Q 值（2×105）的片上微環(huán)激光器件相集成以進(jìn)行光學(xué)表征，首次觀察到了 Er3 + 敏化的強(qiáng)深紫外上轉(zhuǎn)換激光輻射，該多米諾上轉(zhuǎn)換過程促進(jìn)下的 Tm3 + 離子五光子上轉(zhuǎn)換輻射對激光腔的 Q 值因子很敏感，并以尺寸近似的聚苯乙烯小球模擬癌細(xì)胞分泌物進(jìn)行了傳感測量，可以通過監(jiān)測 290 納米激光閾值變化實(shí)現(xiàn)納米顆粒傳感，傳感尺寸小至 300 納米。

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