近日，在国家自然科学基金、深圳市基础研究等项目支持下，哈工大（深圳）微纳光电团队成员金立敏助理教授与香港城市大学王锋教授、朱世德教授合作，在国际著名期刊《Nature Communications》上发表了题为“Ultralarge anti-Stokes lasing through tandem upconversion”的论文（Nat. Commun. 2022, 13:1032）。哈工大（深圳）为通讯单位，金立敏、王锋、朱世德为共同通讯作者。

文章指出，相干紫外光在环境和生命科学中有着重要应用，然而直接紫外激光面临着直接制造和运行成本的限制。研究团队提出了一种通过串联上转换过程间接产生的深紫外激光策略，即构建一种多壳层纳米粒子，在1550纳米远程通信波长激发下，实现290纳米处的深紫外激光输出。在成熟的电信行业中，各种光学元件很容易获得，该研究成果为构建适用于器件应用的小型化短波激光器提供了可行的解决方案。

关于上述研究，文章提到1260纳米（≈3.5 eV）超大反斯托克斯位移原因一系列不同上转换过程的串联组合。在该实验中，通过多壳层纳米结构将Tm3+和Er3+上转换过程限制在不同的壳层中，以减少不同上转换过程之间不可控的能量交换作用引起的激发能耗散。此文说明了Ce3+掺杂是实现多米诺上转换的必要条件，这是由于Ce3+通过交叉弛豫抑制了Er3+的高阶上转换，实现了4Ⅰ11/2能级占优的粒子数翻转，从而能够促进Er3+Yb3+的能量转移和随后的Yb3+Tm3+上转换过程。团队将该材料与高Q值（2×105）的片上微环激光器件相集成以进行光学表征，首次观察到了Er3+敏化的强深紫外上转换激光辐射，该多米诺上转换过程促进下的Tm3+离子五光子上转换辐射对激光腔的Q值因子很敏感，并以尺寸近似的聚苯乙烯小球模拟癌细胞分泌物进行了传感测量，可以通过监测290纳米激光阈值变化实现纳米颗粒传感，传感尺寸小至300纳米。

图1. Er3+敏化的强深紫外片上激光器件及其在纳米颗粒传感方面的应用

文、图 | 材料科学与工程学院