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新加坡国立大学(NUS)的研究人员介绍了一种上转换等离子体平台，可以精确控制各向同性上转换纳米颗粒(UCNPs)的极化。这是通过耦合上转换激活剂与精心设计的各向异性间隙等离子体模式 支持的超表面来实现的。
混合系统中的光子-等离子体耦合是研究纳米尺度光-物质相互作用的有力工具，在各种领域都有潜在的应用，包括小型化固体激光器、超紧凑光谱仪、片上分子传感和偏振成像。镧系掺杂的UCNPs由于其明显的发射峰，大的反斯托克斯位移和优异的光稳定性而特别有希望作为量子光源。
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这些发射峰提供的特征光谱指纹图谱使其更容易准确地识别信息。虽然已经探索了上转换混合系统通过表面等离子体-光子耦合来增强光致发光和衰变动力学，但小型UCNPs的晶格对称性使得其难以实现极化各向异性。此外，光偏振的控制对于信息编码、显示技术和生物传感等多种应用都是必不可少的。
由新加坡国立大学化学系刘小刚教授领导的一个研究小组，已经设想了一种方法，通过将上转换激活剂与复杂的纳米结构(称为各向异性间隙等离子体模式支持的超表面)耦合，实现对各向同性UCNPs的精确极化控制。这项研究发表在《化学》杂志上。
通过使用金属棒状天线，研究人员能够控制这些各向同性UCNPs的光偏振，其方式类似于将收音机调谐到不同的广播电台。这使他们能够控制这些各向同性UCNPs在可见光到近红外范围内的光偏振，克服了它们的晶体对称性所带来的限制。
金属-绝缘体-金属设计确保了在正交方向上存在强双谐振模式，并且彼此之间的干扰最小。它还解耦了涉及光激发和发射的过程。
利用远场激发和近场电磁干扰，可以控制各向同性UCNPs产生周期性的发射幅度变化，激发
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极化灵敏度高达83%。
研究小组进一步探索了天线周围光粒子的局部密度如何影响能量从混合纳米平台释放的方式。通过线性激励系统，这种混合纳米平台可以在四种上转换偏振态之间切换，从而允许以平行或正交偏振配置的多级光输出。
他们的数值研究进一步揭示了各向异性等离子体模式如何选择性地影响发射光的偏振态。具体来说，当激发增强因子远大于发射增强因子时，上转换极化状态由激发极化决定，产生平行极化特性。
相反，当发射增强因子与激发增强因子相当时，耦合上转换发射器产生的发射光具有各向异性。
刘教授说:“多层上转换极化可以为创新的光子系统铺平道路，提供定制光频率和方向的灵活性，以独特的方式使用光。”这为开发紧凑型设备开辟了令人兴奋的前景，这些设备以新颖的方式利用光来实现先进的光子学。”
更多资料:徐嘉辉等，可编程等离子体实现多级上转换极化，化学(2023)。DOI: 10.1016 / j.chempr.2023.11.007
期刊信息:
新加坡国立大学提供
引文:各向异性等离子体工程解锁多电平极化上转换(2024,1月10日)检索自2024年1月10日httpsokphys.org/news/2024-01-anisotropic-plasmon-multilevel-polarized-upconversion.html
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