稀土掺杂上转换光波导传输及定向发射研究

论文摘要

微纳米光波导能够在亚波长尺度下引导光的传输。利用局部吸收紫外激发光的半导体、聚合物以及自组装有机分子的发光波导,能够实现荧光的传输和定向发射,已经被广泛报道。相比于紫外激发,近红外激发光具有生物穿透性强和破坏性小等优势。稀土掺杂上转换发光材料,具有发射线宽窄、谱线丰富、荧光寿命长以及生物毒性低等优点,已在细胞成像、显示、激光器、荧光生物探针以及防伪编码标签等领域广泛应用。基于稀土掺杂上转换发光材料的发光波导,能够利用近红外光激发,并产生荧光的传输和定向发射。发光波导的高效激发和远场空间发射角的调控,对于其在生物领域以及光通信领域的应用起着重要的作用。本论文设计了一种端头斜切的一维稀土微米管作为上转换发光波导,特殊的斜切结构能够实现激发光的高效耦合,极大的提高了激发光的激发效率以及光波导的发射强度。本论文的主要研究内容包括:1.利用柠檬酸钠辅助水热法制备了一种端头斜切的NaYF4:Yb3+/Er3+（20/2%）微米管。通过改变柠檬酸钠和稀土硝酸盐的添加顺序能够调节NaYF4:Yb3+/Er3+微米管的长度。2.研究了不同激发模式下单个微米管的定向传输特性。研究结果表明,微米管能够限制荧光在其内部传输。在端头激发模式下,能够实现激光和荧光的同时耦合传输,并且在微米管末端有较强的荧光发射。在相同激发模式下,荧光的绿色发射带比红色发射带更容易耦合进波导中进行传输。在端头激发模式下,改变微米管端头的斜切方向,能够调控激光在微米管中的耦合程度,这与我们的几何光学模拟结果相符。3.利用自主搭建的傅里叶成像系统,研究了不同激发模式以及发射端形貌对远场荧光的空间发射角的影响。通过近红外激发,微米管能够引导具有较宽光谱范围、较窄发射带的荧光在末端发射,并且发射的荧光具有方向性。结果表明空间发射角强度分布主要受到微米管发射端的形貌影响。该项研究将在多通道光通信领域拥有潜在的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 微纳光波导简介
•     1.1.1 微纳光波导的定义及分类
•     1.1.2 发光波导的研究现状
•   1.2 稀土上转换发光材料
•     1.2.1 稀土上转换发光材料简介
•     1.2.2 稀土上转换发光材料的制备方法
•     1.2.3 稀土掺杂材料的上转换发光机制
•   1.3 傅里叶成像的应用
•   1.4 本论文的研究意义和内容
• 第2章 实验部分
•   2.1 样品制备
•     2.1.1 化学试剂
•     2.1.2 样品的合成方法
•   2.2 样品表征
•     2.2.1 样品形貌以及晶体结构表征
•   2.3 光谱测量
• 4:Yb³⁺,Er³⁺微米管的波导效应研究'>第3章: 端头斜切NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺微米管的波导效应研究
•   3.1 引言
• 4:Yb³⁺/Er³⁺（20/2%）微米管的制备'>  3.2 端头斜切NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺（20/2%）微米管的制备
•   3.3 结果与讨论
• 4:Yb³⁺/Er³⁺微米管的晶体结构'>    3.3.1 NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米管的晶体结构
• 4:Yb³⁺/Er³⁺晶体的微观形貌'>    3.3.2 NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺晶体的微观形貌
• 4:Yb³⁺/Er³⁺微米管的上转换发光特性'>    3.3.3 单颗粒NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米管的上转换发光特性
• 4:Yb³⁺/Er³⁺微米管耦合以及传输特性'>    3.3.4 单颗粒NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米管耦合以及传输特性
•   3.5 小结
• 4:Yb³⁺/Er³⁺微米管的空间发射效应研究'>第4章: 端头斜切NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米管的空间发射效应研究
•   4.1 引言
•   4.2 实验
•     4.2.1 傅里叶成像分析方法
•     4.2.2 傅里叶成像系统搭建
•   4.3 结果与讨论
• 4:Yb³⁺/Er³⁺微米管上荧光的远场空间发射角'>    4.3.1 单个NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺微米管上荧光的远场空间发射角
•   4.4 小结
• 第5章: 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄绍祚

导师: 张正龙

关键词: 稀土掺杂,斜切微管,波导,上转换发光,定向发射

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 陕西师范大学

分类号: TN252

总页数: 56

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