稀土元素掺杂的上转换纳米粒子(UCNP)表现出多种优异的特性，包括广泛可调的多色发射和长发射寿命。这使得它们非常适合许多发光应用。尽管有许多优点，但UCNP的进一步进展和实际应用面临着重大挑战。偏振是荧光的另一个重要特征。它提供了附加维度的方向和结构信息。偏振已广泛应用于荧光偏振成像技术。UCNP 中与 4f 电子跃迁相关的固有上转换发射过程通常很弱，并且不表现出偏振特性。
在《eLight》杂志上发表的一篇新论文中，由暨南大学李向平教授和邓紫兰教授、中科院物理研究所李俊杰教授、澳大利亚国立大学尤里·基夫沙尔教授领导的科学家团队开发了一种介电超表面，用于上转换发射的放大。
之前的大多数研究都集中在通过将 UCNP 与等离子体纳米结构耦合来增强上转换发光。这些纳米结构附近的集中电磁场可以显着提高吸收截面和上转换辐射率。支持表面等离子体激元的金属结构有效地定位光并产生强电场，从而增强上转换荧光。
由于固有损耗，金属纳米结构通常具有较低的品质因数(Q 因数)值。由于与发射材料直接接触，它们可能会导致猝灭效应。Q值是谐振激励的关键参数。等离子体共振的 Q 因子的典型范围高达几十。一些特殊设计，例如金属-绝缘体-金属(MIM)结构可以获得高Q因数。发射器靠近金属表面。猝灭效应使得量子效率迅速下降。
与等离子体纳米结构相比，由高折射率介电纳米结构组成的全介电共振超表面在可见频率下具有低损耗，支持更丰富的多极米氏共振。它提供了荧光增强的绝佳替代方案。由于这些米氏多极子耦合在周期性阵列中，出现了集体高 Q 值谐振。打破元原子的对称性可以将连续体 (BIC) 中的束缚态转变为具有有限但极高 Q 因子的准 BIC。这些新兴概念最近在荧光增强和低阈值激光应用中得到了充分利用和证明。
研究小组利用谐振超表面高 Q 集体模式的新兴概念来实现偏振控制的双频带上转换突发。该团队设计并制造了由双原子纳米砖组成的高 Q 共振超表面。该设计支持y偏振入射的准 BIC 模式和x偏振入射的另一种高 Q 值米氏共振模式。沉积在超表面上的NaYF 4 :Yb/Er UCNP 在双波段表现出超亮的上转换发光。
通过控制偏振分析仪的旋转，该团队展示了具有超高偏振度 (DoP) 的双波段线性和交叉偏振发射。该演示为 UCNP 发射的有效增强和偏振控制铺平了道路，并在低阈值偏振上转换激光器和高光谱成像/传感中具有潜在的应用。
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