局域表面等离激元可以由自由空间的光直接激发, 这也是局域表面等离激元的优点所在。 研究铋化物发光玻璃中纳米银颗粒的表面等离激元对铒离子发光的增强效应、 进一步的提高铋化物发光玻璃中铒离子的发光性能很有意义。 首先, 测量了(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃与(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的吸收谱, 发现(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃在约600.0 nm处有一个较弱的宽的银表面等离激元共振吸收峰。 同时发现两者都有典型的铒离子的吸收峰, 它们的吸收几乎完全一样： 在波峰形状、 峰值强度和峰值波长等方面都很相近。 测量了(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃和(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的激发谱, 发现有位于379.0, 406.0, 451.0, 488.0和520.5 nm的5个550.0 nm可见光的可见激发谱峰, 和位于379.0, 406.5, 451.0, 488.5, 520.5, 544.0, 651.5和798.0 nm的8个1 531.0 nm红外光的红外激发谱峰, 容易指认出依次为Er3+的4I15/2→4G11/2, 4I15/2→2H9/2, 4I15/2→(4F3/2, 4F5/2), 4I15/2→4F7/2, 4I15/2→2H11/2, 4I15/2→4S3/2, 4I15/2→4F9/2和4I15/2→4I9/2跃迁的吸收峰, 通过测量发现(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃相对于(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的可见和红外激发谱的最大增强依次分别是238%和133%。 最后, 测量了它们的发光谱, 发现有位于534.0, 547.5和658.5 nm的三组可见发光峰, 容易指认出依次为Er3+的2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2, 4F9/2→4I15/2荧光跃迁。 还发现红外发光峰位于978.0和1 531.0 nm, 依次为Er3+的4I11/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2的荧光跃迁。 通过测量发现(A) Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 铋化物发光玻璃相对于(B) Er3+(0.5%): 铋化物发光玻璃样品的可见和红外发光谱的最大增强依次分别是215%和138%。 对于银表面等离激元增强铒离子发光的机理, 认为主要为纳米银颗粒的局域表面等离激元共振, 造成金属纳米结构附近产生的局域电场的强度要远大于入射光的电场强度, 从而导致了金属纳米结构对入射光产生强烈的吸收和散射, 进而导致了荧光的增强； 即局域表面等离子体共振局域场的场增强效应。

有趣的贵金属表面等离激元的光学性质, 尤其是在发光增强领域的表现, 使得它已经成为全球的一个研究热点。 表面等离激元就是光与贵金属中的自由电子相互作用时, 自由电子和光波电磁场由于共振频率相同而形成的一种集体振荡态。 该文研究了碲化物玻璃中银纳米颗粒的表面等离激元共振增强铒离子的发光。 我们测量了吸收谱、 激发谱、 发光谱以及荧光寿命。 首先, 我们挑选365.5和379.0 nm吸收峰作为激发波长测量了385～780 nm波长范围的可见发光光谱, 发现有4个发光峰, 依次位于408.0, 525.0, 546.0和658.5 nm, 容易指认出它们依次为铒离子的2H9/2→4I15/2, 2H11/2→4I15/2, 4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的荧光跃迁; 可以计算出［80 nm平均粒径纳米银的Er3+(0.5%)Ag(0.2%): 碲化物玻璃的样品A］的上述4个可见发光的峰值强度是［Er3+(0.5%): 碲化物玻璃的样品C］的大约1.44～2.52倍。 同时, ［50 nm平均粒径纳米银的Er3+(0.5%)Ag(0.2%): 碲化物玻璃的样品B］的上述4个可见发光的峰值强度是样品C的大约1.08～1.55倍。 随后, 我们挑选365.5和379.0 nm 吸收峰作为激发波长测量了928～1 680 nm波长范围的近红外发光光谱, 发现近红外波段有两个发光峰, 位于979.0和1 530.0 nm, 容易指认出它们依次为铒离子的4I11/2→4I15/2和4I13/2→4I15/2的荧光跃迁; 同样可以计算出样品A的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.43～2.14倍。 同时, 样品B的上述2个近红外发光的峰值强度是样品C的大约1.28～1.82倍。 因此, 发光的最大增强大约是2.52倍。 从荧光寿命动力学实验, 我们发现样品A的荧光寿命为τA(550)=43.5 μs, 样品B的荧光寿命为τB(550)=43.2 μs, 样品C的荧光寿命为τC(550)=48.6 μs。 这些实验结果证实了τA≈τB ＜τC。 它意味着样品(B)相对于样品(C)的发光增强是源于自发辐射增强效应。 然而, 它也意味着样品(A)相对于样品(B)的发光增强是源于纳米银颗粒的粒径尺寸r效应。 也就是说当粒径尺寸r增大的时候, 散射截面Cs和r6成正比, 而吸收截面Ca和r3成正比, 因此散射截面Cs增大的速度会远大于吸收截面Ca增大的速度, 而散射截面Cs是荧光增强的原因, 吸收截面Ca是荧光减弱的原因, 所以随着银纳米颗粒尺寸的增大, 其散射截面占主要部分, 当发光材料和金属表面等离子体SP发生耦合时, 能量快速的转移到金属表面等离子体SP上, 而后被散射到远场, 这有利于增强荧光。 其综合的结果就导致了发光强度会随r的增大而增强。 上述实验的结果对太阳能电池的光伏发电和生物物理应用等领域都有着很好的应用前景。

研究了纳米相氟氧化物玻璃陶瓷中Er3+Yb3+离子对的量子剪裁发光造成的强的光谱调制现象。 测量了Er3+Yb3+双掺纳米相氟氧化物玻璃陶瓷的X射线衍射谱、 表面形貌、 激发光谱、 吸收光谱、 和发光光谱； 而且也与Tb3+Yb3+双掺纳米相氟氧化物玻璃陶瓷的相对应的光谱参数进行了比较。 发现378 nm光激发样品(A) Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B) Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV所导致的652.0 nm红色发光强度为522 nm光激发时的680.85倍和303.80倍； 我们还发现378 nm光激发所导致的样品(A) Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B) Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的 652.0 nm红色发光强度为样品(C) Er(0.5%)∶FOV 的491.05和184.12倍。 我们还发现在378 nm光激发时的样品(A) Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B) Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的{978.0和1 012.0 nm}红外发光强度依次分别为样品(C) Er(0.5%)∶FOV 的{58.00和293.62}倍和{25.11和 67.50}倍。 更进一步, 对于652.0 nm波长发光的激发谱, 发现(A) Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和(B) Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的378.5 nm激发谱峰强度是(C) Er(0.5%)∶FOV的大约606.02和199.83倍。 同时, 也发现样品(A) Er(1%)Yb(8.0%)∶FOV和样品(B) Er(0.5%)Yb(3.0%)∶FOV的一级量子剪裁红外1 012或978 nm发光强度为样品(D) Tb(0.7%)Yb(5.0%)∶FOV的二级量子剪裁红外976 nm发光强度的101.38和29.19倍。 发现的该量子剪裁是目前所报道的最强的量子剪裁。 因此, 相信所发现的氟氧化物纳米玻璃陶瓷中Er3+Yb3+离子对的一级量子剪裁发光是强的可以作为量子剪裁层应用到提高晶硅太阳能电池的发电效率。 研究结果也能加速对目前国际热点的下一代环保的光谱调制太阳能电池的探索。

寻找新能源为全球目前面临着的重要课题, 其中最理想的新能源为太阳能。 近红外量子剪裁发光方法可以把硅或锗太阳能电池响应不够灵敏的大能量光子成倍的转换成为太阳能电池响应灵敏的小能量光子, 能够解决光谱失配的问题, 较大幅度的提高太阳能电池的效率。 很有意义。 报道了掺Tm3+Bi3+的铌酸钇磷光粉样品材料的近红外量子剪裁发光的浓度效应。 通过测量激发谱与发光谱, 发现Tm0.058Bi0.010Y0.932NbO4有很强的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光; 进一步的分析发现, 它们是由交叉能量传递过程导致的多光子量子剪裁发光; 还发现了有着很强的Bi3+对Tm3+的敏化近红外量子剪裁发光, 302.0 nm光激发导致的Tm0.058Bi0.010Y0.932NbO4相对Tm0.005Y0.995NbO4的1 820.0 nm近红外量子剪裁发光的增强达到175.5倍。 该结果对探索多光子近红外量子剪裁锗太阳能电池比较有意义。

稀土材料的红外和可见量子剪裁对于寻找更好能量效率的发光材料来说都是一个激动人心的发展。发光效率的最大上限值能从100%提高到200%甚至更高。在第一代晶硅太阳能电池与第二代薄膜太阳能电池之后第三代的聚光太阳能电池已成为目前的重点发展方向。现在, 利用稀土材料的近红外量子剪裁发光效应有可能较好的解决太阳光谱与太阳能电池光电响应之间存在的光谱失配的问题, 因此有可能较大幅度的提高太阳能电池的发电效率, 因而具有重要的意义与价值。研究了钒酸钇晶体基质中Yb3+离子的近红外量子剪裁发光现象, 测量了从可见到红外的钒酸钇晶体的发光谱、激发谱与荧光寿命, 测量发现钒酸钇晶体基质能带在约322.0 nm光激发时能导致有效的从钒酸钇晶体基质到Yb3+离子的二级合作能量传递, 进而导致了很强的Yb3+离子的985.5 nm 2F5/2→2F7/2的近红外量子剪裁发光, 同时, 钒酸钇晶体基质的位于430.0 nm的发光强度大幅降低。测量发现: (A) Yb(1.5)∶YVO4晶体的430.0 nm的荧光寿命值为τA=3.785 μs;(B) YVO4晶体的430.0 nm的荧光寿命值为τB=22.72 μs;研究计算发现总的理论量子剪裁效率上限值为η1.5%Yb=183.3%。

近红外量子剪裁能够有效地提高硅太阳能电池的效率。稀土元素种类繁多,能级丰富,常被 用于制作近红外量子剪裁发光材料。研究者们用适当的方法制成发光材料之后,测量材料的吸收光谱, 激发光谱和发射光谱。根据这些数据计算得到材料的量子效率。其中Tb3 +-Yb3 + 离子对备受关注。 Tb3 + 吸收紫外-可见光,通过协同能量传递把能量传递给Yb3 + 离子。Yb3 + 离子跃迁辐射出1000 nm左右的近红外光。 该波段的光子能够被硅太阳能电池吸收利用。Tb3 +-Yb3 + 离子对在不同掺杂浓度,不同基质中得到的量子效率不同。

报道了氟氧化物纳米相玻璃陶瓷Tb(0.7)Yb(5)∶FOV的红外量子剪裁研究， 测量了从可见到红外的荧光发光光谱、 激发谱、 和荧光寿命， 分析了{1(［5D4→7F6］(Tb3+), 2(［2F7/2→2F5/2］(Yb3+)}的红外量子剪裁现象， 发现了487.0 nm光激发5D4能级和378.0 nm光激发(5D3, 5G6)能级的理论量子剪裁效率ηｘ%Yb依次分别为121.35%和136.27%。 首次发现了一种新颖的合作（共协）下转换发光现象{2(［(5D3, 5G6)→5D4］(Tb3+), 1(［2F7/2→2F5/2］(Yb3+)}， 即首次发现施主Tb3+离子释放两个小能量光子［(5D3, 5G6)→5D4］的能量， 导致出现一个受主Yb3+的［2F5/2→2F7/2］的中等能量的光子。

对稀土离子能级的动力学过程进行了数值计算, 并对各个能级的布居概率改变进行了分析。 发现如果不考虑斯托克斯过程和反斯托克斯过程之间的区别而采用原有声子辅助能量传递理论中相同的计算公式对待两种过程的话, 得到的理论计算结果就与我们实验得到的校准的结果不一致, 为了能够准确描述反斯托克斯能量传递过程, 众所周知的量子喇曼理论相对于经典拉曼理论在斯托克斯与反斯托克斯过程的强度比上所增加的比值系数ｅｘｐ｛ΔＥ／ｋＴ｝被首次成功地引入来描述反斯托克斯能量传递。 在能量传递计算理论中引入该比值系数之后, 理论计算结果与实验结果符合的非常好, 并且发现该比值系数在对纳米尺度材料的光子学研究探索中会发挥至关重要的作用。

以荧光光谱为手段，研究了药物利复星(Levofloxacin)与牛血清白蛋白(BSA)的作用和影响，研究了它的荧光淬灭现象。在向该溶液滴加利复星时，观察不到激发峰的明显移动，而发射峰出现了新颖的现象，原有的353．1 nm的发射峰强度明显的减弱；新出现了峰位位于450．4 nm的新的荧光发射峰。利复星－BSA体系的猝灭过程不是因为分子扩散和碰撞所引起的动态猝灭，而是分子之间结合形成了化合物所引起的静态猝灭。利复星的离解常数为K_d=3．39×10^－5mol／L。利复星的能量转移效率为50%时给体和受体之间距离的R₀=1．81×10^－7cm，利复星和牛血清白蛋白的能量转移效率为E=0．351，根据这些计算结果可以知道利复星和牛血清白蛋白的色氨酸残基的结合位置为r=2．01×10^－7cm。