皇冠状稀土掺杂上转换波导的发射和传输研究

【摘要】：光波导是利用全反射原理引导光传输的介质波导,由于其传输速率高、容量大、损耗低以及抗干扰能力强,已为通信领域带来了翻天覆地的变化。微纳米波导可以将光限制在很小的微腔内并可以形成高度局域的光场,近些年来随着微纳技术的发展,使得光波导器件在芯片上的集成成为可能。高品质光波导的重要性不言而喻,基于有机分子和半导体等光波导器件的激发光大都位于紫外区域,远程传输性能较低、生物穿透能力弱、同时材料稳定性差等缺点都限制了光波导的进一步发展和应用。稀土掺杂发光材料具有谱线锐、谱带丰富、寿命长等优异的发光性能,而且近红外波段的激发源有望解决传统光波导材料遇到的问题。相对于一维结构,三维光波导具有更多可调节的激发与发射模式,并有利于波导效应深入研究和分析。本论文将开展稀土掺杂发光三维波导的研究,主要的研究内容如下:(1)通过水热法合成了皇冠状NaYF4:Yb3+/Er3+微米波导,在近红外光的激发下,研究其空间发射的特性。利用共聚焦显微系统下搭建的傅里叶成像系统,我们得到角空间发射的傅里叶图像,通过对其傅里叶图像的分析得到了三维空间内荧光信号的空间发射角度并确定了其发射的定向性,通过改变激发模式,研究了角发射模式的多样性。(2)通过几何光学模拟的方法系统分析了荧光发射图像形成过程中波导效应的作用方式。发现了激发光源的穿透深度、聚焦位置都会对其波导模式产生影响,并通过模拟得到了具体的荧光波导传输发射模式,最后将荧光发射和傅里叶图像的模拟结果与实验结果进行对比,深化了对稀土掺杂微纳光波导上转换荧光发射的理解。