厦大物理李艾华老师在镧系发光领域取得重要进展

    近日，厦门大学物理系李艾华老师与研究生高林烁在镧系发光增强领域取得重要进展，相关成果以“Ag-cap-enhanced upconversion luminescence of micropillars with unidirectional radiation”为题在线发表于Optica的旗舰期刊《Optica》上。

    镧系（Ln3+）上转换发光（UCL）在医学、传感、显示、激光、固体激光冷却、发光开关、太阳能电池等领域有着良好的应用前景。但是，目前UCL效率普遍不高，尤其是在低功率激发时，再加上4f-4f受迫电偶极跃迁的吸收截面极小，这两者导致其发光亮度难以满足实际应用，成为UCL的瓶颈。

    为提高UCL亮度，人们制造了各种微/纳谐振振结构——通过与发射共振放大辐射（Purcell效应）或者与吸收共振增强激发（局域场增强效应）。迄今，较大的UCL增强均使用发光不佳的纳米晶，而发光更好的微米晶仅有几倍增强。

(a-d)结构示意图, 分别将MP定位在玻璃上(a)、碳膜TEM网上(b)、银膜上(c)以及银帽中(d)。(e-h)实验采集到相应上转换发光图。(i-l)数值计算得到的激发电场分布图。

    此项工作中，李艾华团队以竖直向上的β-NaYF4:Yb3+,Er3+六棱微柱为模版，获得了三种易制备的UCL增强结构，其中自构型微腔易于制作，方便扩展。银帽中的发光增强随微柱直径的剧烈起伏说明制备的自构型微腔具有良好的品质因子，对微晶的UCL最大实现了43倍增强。模拟计算获得的各种结构中激发场分布图与实验捕捉到的发光图一致，暗示激发增强是UCL增强的主要原因，不同于发射激光时普遍报道的辐射增强。此外，远场分析表明银帽中的微柱实现了定向发射。

银帽增强结构的定向发射与参考结构的双向发射对比

    该工作为利用谐振模式增强UCL提供了新的研究范式，构建的等离激元增强自构型微腔是研究光与物质相互作用的有效平台，也为低阈值激光研发提供了候选。另外，辐射角明显缩小的单向发射对后续的光收集、以及与外部光学器件的耦合均十分有利。

    该工作在厦门大学物理系微纳米光子学研究组李艾华副教授的指导下完成，物理系2021级硕士研究生高林烁为论文的第 一作者，课题组的其他研究生也参与了该工作，厦门大学物理学系为唯 一单位。所有作者一并感谢与孙志军老师的有益讨论。该工作得到了国家自然科学基金项目（11504307）的资助。