Nature Nanotechnol：光子雪崩转移效应实现超大光学非线性

纳米技术

2022-04-29

稀土掺杂固体受到激发光作用能够形成光子雪崩（photon avalanche）效应，产生巨大的非线性响应荧光强度。因此相对于其他类型的非线性光学过程，通常使用比较弱的激光就能够引起这种光子雪崩效应。目前光子雪崩效应一般局限在块体材料，通常需要依靠复杂的激发过程，特别是对特定的体系具有特异性。

有鉴于此，华南师范大学詹求强等报道一种基于光子雪崩转移机理MPA（migrating photon avalanche）的普适性方法，在种类广泛的多层核壳纳米结构稀土发光体产生巨大的光学非线性。

本文要点：

(1)

在MPA纳米粒子中，通过852 nm激光激发，导致Yb³⁺和Pr³⁺离子同步实现光子雪崩，因此在由Yb³⁺和Pr³⁺离子组成的核激发雪崩循环。此类纳米粒子的光子雪崩能够实现26阶非线性和达到60 kW cm^-2的泵浦阈值。此外，作者发现Yb³⁺的光子雪崩能够将光学非线性响应转移到壳结构的其他发射体（比如Ho³⁺、Tm³⁺），通过级联倍增作用，导致产生更加高阶非线性，比如对Tm³⁺能够达到46阶非线性。

(2)

这种方法为在各种不同发光体实现大光学非线性提供了一种普适性方法。能够用于生物成像应用，在低功率的852 nm连续波激光束中实现了~62 nm侧向分辨率。

参考文献

Liang, Y., Zhu, Z., Qiao, S. et al. Migrating photon avalanche in different emitters at the nanoscale enables 46th-order optical nonlinearity. Nat. Nanotechnol. (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01101-8

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01101-8