作者单位
摘要
北京工业大学材料与制造学部 激光工程研究院,北京 100124
利用稀土离子掺杂材料、有机染料以及量子点等荧光材料实现荧光温度传感在航空航天、生物医疗、食品储存等领域具有重要意义。其中,无机卤化物钙钛矿量子点(PeQDs)荧光材料由于具有量子产率高,温度依赖性强等特点,在荧光温度传感领域展现了巨大的应用前景。然而,PeQDs只有一个光致荧光(PL)峰,其强度和位置极易受到浓度和尺寸等因素的干扰,因此用单一PL峰进行温度传感的准确性较低。在本工作中,我们提出了一种微球腔阵列(MCA)耦合PeQDs薄膜(MCA/PeQDs)的新型温度传感结构,利用MCA/PeQDs结构与PeQDs薄膜具有温度依赖性的PL峰值强度比实现温度传感。该结构通过微球腔中回音壁模式(WGMs)增强的Purcell效应提高了自发辐射速率,抑制了声子辅助猝灭效应,从而实现了较好的PeQDs荧光增强。结果表明,在223~373 K范围内,当PeQDs浓度为0.131 6 mg/mL、微球腔直径为(19±1)μm时,该结构的绝对灵敏度(Sa)与相对灵敏度(Sr)可达到0.75 K-1和1.95%·K-1。本工作克服了使用单个PL峰进行温度传感准确性差的缺点,为荧光材料在高性能荧光温度传感器中的应用开辟了新的途径。
温度传感 微球腔 无机卤化物钙钛矿量子点 荧光增强 temperature sensing microsphere cavity inorganic halide perovskite quantum dots fluorescence enhancement 
发光学报
2023, 44(10): 1786
作者单位
摘要
长春理工大学 物理学院,吉林长春130022
针对透明衬底上紫外共振金属纳米阵列制备的技术需求,在不导电石英衬底上,采用电子束曝光制备Al纳米阵列,并对其形貌及性能进行研究。在电子束曝光过程中,引入Cr金属层克服衬底不导电问题。采用曝光剂量测试和加工参数调节优化纳米棒形貌。采用时域有限差分法分析Al纳米棒在325 nm紫外光激发下的电场分布,并以Langmuir-Blodgett(L-B)技术将CdSe/ZnS量子点沉积在Al纳米阵列表面进一步明确其荧光增强性能。结果表明,1 200 μc/cm2剂量下制备的Al纳米棒尺寸分布均匀,最终获得了取向互相垂直的四个区域集成的Al纳米阵列。光学性质分析表明,Al纳米棒阵列可使CdSe/ZnS量子点的荧光强度增强约1.7倍。仿真结果表明,紫外光辐照下Al纳米棒末端电场强度明显高于纳米棒两侧,明确了量子点发光增强机理。成功在不导电衬底上获得多取向集成的、对量子点具有显著荧光增强效果的Al纳米阵列,为背光激发下量子点发光调控和偏振调制提供了一种新策略。
透明衬底 量子点 荧光增强 时域有限差分法 transparent substrate quantum dots fluorescence enhancement FDTD method 
光学 精密工程
2023, 31(14): 2052
作者单位
摘要
1 长春理工大学 物理学院, 吉林 长春 130022
2 纳米光子学与生物光子学吉林省重点实验室, 吉林 长春 130022
为了利用可见光学元件实现对紫外偏振光的高性能探测,制备了CsPbBr3纳米晶/金属线栅复合薄膜,并通过向其表面沉积Al2O3钝化层提高了薄膜荧光稳定性,获得了紫外激发下偏振敏感的钙钛矿纳米晶薄膜绿色荧光。测试结果表明,以高温热注入法获得的CsPbBr3纳米晶为立方晶系结构,形貌呈方形,尺寸约39 nm。以紫外光激发纳米晶胶体溶液可在530 nm处观测到明显的绿色荧光。以自组装方法获得的CsPbBr3纳米晶/金属线栅复合薄膜荧光发光强度随紫外激发光的偏振方向呈周期性变化,其发光偏振度约为0.54。以原子层沉积技术向此复合薄膜表面沉积Al2O3层可明显提高其荧光强度,钝化后复合薄膜的发光偏振度仍可达0.36。以上结果表明,表面钝化和引入金属线栅方法可分别优化钙钛矿纳米晶薄膜的荧光稳定性和荧光偏振度,所获得的紫外偏振敏感的CsPbBr3纳米晶复合薄膜在紫外偏振探测以及液晶显示等领域具有重要的应用价值。
CsPbBr3纳米晶 表面钝化 荧光增强 偏振 CsPbBr3 nanocrystals surface passivation fluorescence enhancement polarization 
中国光学
2023, 16(1): 202
作者单位
摘要
1 长春理工大学 物理学院 纳米光子学与生物光子学吉林省重点实验室, 吉林 长春 130022
2 佐治亚南方大学 物理与天文系, 佐治亚州 斯泰茨伯勒 30460
本文详细研究了交联剂1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)对石墨烯量子点(GQDs)光学性质的影响及原因。采用水热法制备了GQDs,并与EDC反应得到GQDs/EDC复合物,对GQDs和GQDs/EDC的光谱特性进行研究。使用PBS溶液以及人工胃液样品,研究pH对GQDs/EDC荧光影响规律及作用机理。实验结果表明:GQDs表面缺陷被EDC钝化,使得GQDs的荧光在小于1 min内迅速增强,并在5~20 min内保持稳定;相比单独GQDs,GQDs/EDC的荧光强度显著提升约264倍;pH响应实验表明,在pH值为1.75~4.01及4.01~9.28范围内,GQDs/EDC具有荧光和吸收强度线性响应规律。生物兼容性表明,在25~300 µg/mL样品浓度下,人乳腺癌细胞存活率均大于80%;同时,对人工胃液pH具有较高的检测准确性,其相对标准偏差RSD ≤ 1.10%。EDC介导的荧光增强,使GQDs在检测、传感、成像等领域更具优势。同时,GQDs/EDC灵敏的pH响应特性使其在pH值检测应用中具有良好前景。
石墨烯量子点 EDC 荧光增强 表面钝化 pH响应 graphene quantum dots EDC fluorescence enhancement surface passivation pH response 
中国光学
2023, 16(3): 523
作者单位
摘要
1 华南师范大学华南先进光电子研究院光及电磁波研究中心,广东 广州 510006
2 皇家理工学院应用物理系,瑞典 斯德哥尔摩 SE-10691
微球可实现光场的调制,能够将入射光束聚焦于微球背面一个极窄区域,使得出射光束半峰全宽小于光学衍射极限,且聚焦强度远远高于入射光场强度。此外,微球具有高数值孔径特性,能够提高探测信号的收集效率。基于所述优势,微球为实现光学超分辨成像以及荧光增强提供了新思路和实现途径。相比传统技术,基于光学微球的超分辨成像及荧光增强技术更简便、更直接且易于实现,其成像及增强效果均可媲美传统超分辨技术与荧光增强技术,在生物成像及医学检测方面,具有重要的研究价值和应用前景。近年来,关于微球调制光场实现荧光增强的研究取得了较大发展,但与之相关的综述论文仍较少。系统总结阐述微球增强荧光发光以及微球调制光场技术,对于该领域的未来研究发展极为重要。首先介绍基于微球的光学超分辨成像,包括明场超分辨成像和荧光超分辨成像;然后阐述基于微球的荧光增强研究,包括现象研究、机制探索以及影响因素讨论等;最后,总结微球超分辨成像及荧光增强进展和技术应用,分析并展望该技术领域的未来发展挑战和趋势。
光场调控 微球超分辨 明场超分辨 超分辨荧光成像 荧光增强 light field modulation microsphere super-resolution bright-field super-resolution super-resolution fluorescence imaging fluorescence enhancement 
激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1000001
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学 (深圳) 理学院, 广东 深圳 518055
为探究二维层状过渡金属硫化物的激子效应, 尤其是上转换过程, 以层状 WS2 样品为例开展了研究。利用 532 nm 连续激光和显微拉曼技术, 探究了 WS2 晶体中 X0、X- 激子态物理起源和基本物理性质。利用 633 nm 连续激光, 实现了 WS2 晶体的单光子上转换荧光增强, 证实了其背后的双共振物理机制, 即入射光与 X- 激子态共振, 在光学 声子 A1g、E12g 的辅助下跃迁至高能级 X0 激子态, 最后自发辐射上转换荧光。此外, 进一步对双共振上转换荧光的影响因素进行了分析, 包括曝光时间、温度和激发功率。拟合结果表明适当增加曝光时间、减小环境温度和增加激发功率, WS2 的上转换荧光效率会得到提升。
激光物理 上转换荧光增强 双共振拉曼散射效应 二硫化钨 laser physics up-conversion fluorescence enhancement double resonance Raman scattering effect tungsten disulfide 
量子电子学报
2022, 39(4): 605
曹文静 1,2孙李泽童 2郭付周 1,2宋健彤 1,2[ ... ]孙非 1,2
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
增强荧光发射可以提高荧光检测灵敏度、提高LED的亮度,在提高发光器件性能方面具有重要意义。由于金属结构在增强局域场、增强荧光发射方面具有很好效果,而柔性电介质材料具有灵活的可弯曲性特性,本文提出一种由金属-电介质-金属(MDM)组成的柔性结构以增强荧光发射。利用时域有限差分方法系统研究了该结构对量子点定向发射增强的影响。理论计算表明柔性MDM结构局部起伏和弧度对荧光增强起促进作用,且可以使位于结构中心位置量子点的量子效率增强约7倍。此外,还可以改变电介质的折射率和厚度从而实现目标波长的可调谐性。实验结果表明该柔性MDM结构对荧光增强有一定的促进作用,这一发现对未来的显示技术和柔性发光器件都有很大的价值,对高效柔性器件的开发应用具有一定的指导意义。
荧光增强 柔性结构 定向发射 波长可调 fluorescence enhancement flexible structure directional emission tunable wavelength 
中国光学
2022, 15(1): 144
作者单位
摘要
上海应用技术大学 材料科学与工程学院,上海 201418
光子晶体(PC)是一种在介观尺度下具有周期性自组装结构的材料,其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来,因而光子晶体具有优异的光调控能力。对量子点材料发光强度和寿命的调控是该领域的研究热点之一。本文以二氧化硅(SiO2)胶体球作为光子晶体组装单元,通过电泳沉积的方式制备了厚度可控的光子晶体薄膜。采用热注入方法制备了钙钛矿量子点(CsPbX3X=Cl,Br,I)。光子晶体薄膜经表面疏水改性后,将钙钛矿量子点嵌入在光子晶体周期性结构中,该结构具有结构显色和荧光的双重性能。本工作发现光子晶体结构对蓝、红、绿三色钙钛矿量子点可获得4.5倍、19倍、11倍的荧光增强,在显示、防伪、光电探测器、发光二极管等领域具有潜在的应用价值。
光子晶体 钙钛矿量子点 荧光增强 电泳沉积 photonic crystals perovskite quantum dots fluorescence enhancement electrophoretic deposition 
发光学报
2022, 43(6): 807
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室,山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院,山西 太原 030024
本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的散射和干涉实现了荧光物质距离结构远场范围时的荧光增强。在本文中,通过采用时域有限差分法,主要从荧光激发和荧光发射两个过程研究银-硅结构。结果表明,在激发过程中,银-硅结构的荧光强度高于玻璃结构且位于银-硅结构两柱之间的狭缝中的电场分布比金属结构(银结构)更均匀,因此在银-硅结构中可以实现荧光增强,而且分子运动行为的检测更准确。在发射过程中,当荧光纳米粒子距离结构远场范围内时,与玻璃相比,银-硅结构可以实现更好的荧光增强效果。利用银-硅结构实现荧光增强的机理是光的散射和干涉,荧光被银膜向上散射,同时,结构两侧的银/硅柱也散射一部分荧光,荧光相互干涉传播至远场实现荧光增强。此外,银-硅结构易于制备和集成。因此,其可以很好地应用于生物传感领域。
荧光增强 金属-电介质结构 远场 生物传感 fluorescence enhancement metal-dielectric structure far-field biosensing 
中国光学
2020, 13(2): 372
作者单位
摘要
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
在纳米光子学中, 提高荧光物质的定向发光强度是许多应用要解决的关键问题。为了优化电介质纳米天线的荧光增强能力, 本文提出了一种由硅纳米球二聚体与TiO2微球组成的电介质球复合纳米天线。通过时域有限差分法, 本文分别从量子产率增强、荧光收集效率增强以及荧光激发率增强3个方面研究了该复合纳米天线对荧光的增强效果。结果表明, 这种复合纳米天线不仅可以解决单个TiO2微球增强荧光时量子产率较低的问题, 还可以弥补单个硅纳米球二聚体增强荧光时荧光收集效率较差的不足。该复合纳米天线可使CdSe量子点的量子产率增强约4倍、荧光收集效率增强约2倍。此外, 由于硅纳米球二聚体与TiO2微球对荧光激发过程具有增强效果, 该复合天线最终可以产生较高的荧光定向增强倍数。在量子点发光的中心波长523 nm处, 荧光定向增强约为3 064倍。
复合纳米天线 电介质球 荧光增强 定向发光 hybrid nano-antenna dielectric sphere fluorescence enhancement directional emission 
中国光学
2020, 13(1): 121

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