陳曉波， 李 崧， 趙國營， 龍江迷， 王水峰， 孟少華， 王杰亮， 郭敬華， 尤佳佳， 馬 瑜， 于春雷， 胡麗麗

1. 北京師范大學(xué)應(yīng)用光學(xué)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100875 2. 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 200235 3. 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所， 上海 201800

引 言

金屬納米結(jié)構(gòu)在其尺寸小于或者接近于光波的波長時(shí)會(huì)表現(xiàn)出非常獨(dú)特的光學(xué)特性[1-8]。 在這些特性中， 最受到人們的關(guān)注的是金屬局域表面等離子體共振[9]， 這種共振在宏觀上表現(xiàn)為自由空間的光被金屬納米結(jié)構(gòu)吸收和散射。 表面等離子體作為存在于金屬表面的一種非輻射局域電磁波， 具有能夠?qū)崿F(xiàn)超衍射極限的光傳輸和在納米尺度上的電磁場(chǎng)能量的匯聚放大的能力。 由于金屬表面等離子體共振的這些特性， 使其在集成光學(xué)器件、 熒光的增強(qiáng)、 光電的探測(cè)、 表面增強(qiáng)拉曼散射、 太陽能電池以及生物化學(xué)傳感等領(lǐng)域擁有很好的應(yīng)用前景。 對(duì)于金屬微納結(jié)構(gòu)， 表面等離子體僅在金屬微細(xì)結(jié)構(gòu)的表面局部振蕩， 因此稱這種表面等離子體為局域表面等離子體。 局域表面等離子體體現(xiàn)出了非常強(qiáng)烈的表面局域性， 使得金屬納米結(jié)構(gòu)附近的電磁場(chǎng)的增強(qiáng)效應(yīng)變得更為顯著。 由于金屬顆粒尺寸、 形狀、 周圍介電環(huán)境等決定了局域表面等離子體的共振頻率， 因此局域表面等離子體能夠?qū)崿F(xiàn)共振可調(diào)特性。 當(dāng)入射波的頻率接近于自由電子的固有頻率時(shí)， 表面等離子共振吸收就會(huì)產(chǎn)生， 因此使得在金屬顆粒周圍產(chǎn)生了很強(qiáng)的局域電磁場(chǎng)， 這就使由入射光場(chǎng)激發(fā)出的表面等離子體具有遠(yuǎn)大于入射場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)強(qiáng)度。 金屬的介電常數(shù)、 金屬表面的粗糙程度以及金屬膜厚度應(yīng)是導(dǎo)致這種電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)的主要因素。 金屬表面等離子體表面附近的熒光物質(zhì)的發(fā)光由于這種獨(dú)特的近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效地增強(qiáng)， 進(jìn)而使微觀結(jié)構(gòu)中光強(qiáng)較弱的應(yīng)用問題得以解決。

文獻(xiàn)[1-7]報(bào)道了熒光顯著增強(qiáng)的相關(guān)結(jié)果， 最近也有報(bào)道鉍化物熒光玻璃中銀表面等離子體對(duì)鉺離子發(fā)光的增強(qiáng)作用的研究[8, 10-12]， 有可能在諸多領(lǐng)域獲取廣泛的應(yīng)用。 Science和Nature等雜志連續(xù)發(fā)表了多光子上轉(zhuǎn)換研究的有關(guān)論文， 也發(fā)展出一些很有價(jià)值的應(yīng)用技術(shù)： 波導(dǎo)上轉(zhuǎn)換及放大和激光、 上轉(zhuǎn)換三維立體顯示、 飛秒光譜應(yīng)用、 激光控溫、 三維成像與存儲(chǔ)、 光學(xué)溫度感應(yīng)系統(tǒng)、 牙科等生物物理應(yīng)用、 上轉(zhuǎn)換熒光防偽、 上轉(zhuǎn)換寬帶光源、 和上轉(zhuǎn)換紅外顯示片等。 因?yàn)槭艿教柲茈姵匕l(fā)展需求的促進(jìn)， 上轉(zhuǎn)換研究再度呈現(xiàn)出澎湃的研究熱潮。 對(duì)于太陽能電池的最大能量效率, 國際上已有人從理論上對(duì)它進(jìn)行了理論推導(dǎo)和分析， 已得出了單結(jié)硅太陽能電池的最大能量效率的理論極限值約為30%， 它也被稱之為Shockley-Queisser極限。 而對(duì)于上轉(zhuǎn)換太陽能電池， Green與Trupke發(fā)現(xiàn)它的最大能量效率的理論極限值約為50.7%， 提高幅度極大。 而且， 從結(jié)構(gòu)來說， 上轉(zhuǎn)換太陽能電池是安放在太陽能電池的背面的， 也就是說上轉(zhuǎn)換部件的增加完全不會(huì)影響原有太陽能電池的發(fā)電效率， 上轉(zhuǎn)換對(duì)太陽能電池效率提高完全是正向的凈增加作用。

在玻璃等透明光敏固態(tài)基質(zhì)中嵌入金屬納米顆粒時(shí)， 其穩(wěn)定性能夠得到有效提高， 同時(shí)納米顆粒獨(dú)特的非線性光學(xué)性質(zhì)又能得以保持。 良好的透光率是玻璃基體非常優(yōu)異的特性， 當(dāng)玻璃基體作為金屬納米顆粒的載體時(shí)具有非常好的穩(wěn)定性， 能夠有效防止可能出現(xiàn)的光致漂白現(xiàn)象。 稀土離子摻雜玻璃由于表現(xiàn)出了如激光增益放大、 高效上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換等獨(dú)特的非線性光學(xué)性質(zhì)， 在太陽能電池、 光纖激光器、 LED、 衛(wèi)星遙感、 光電通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有極其重要的地位。 目前， 摻鉺稀土發(fā)光玻璃材料研究的一個(gè)新熱點(diǎn)是如鉍酸鹽和碲酸鹽玻璃等的具有高增益和寬帶寬的重金屬氧化物玻璃基質(zhì)， 因?yàn)樗鼈兙哂休^高的稀土溶解度和較小的聲子能量以及很寬的紅外高通光范圍。 因此研究鉍化物發(fā)光玻璃中納米銀顆粒的表面等離激元對(duì)鉺離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光的增強(qiáng)效應(yīng)、 進(jìn)一步的提高鉍化物發(fā)光玻璃中鉺離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能和促進(jìn)它在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用是很有意義的[8, 10-12]。 該文利用離子引入法， 在鉍化物的發(fā)光玻璃中引入納米銀顆粒， 研究了該銀的局域表面等離子體對(duì)鉺離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的增強(qiáng)作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

鉍化物發(fā)光玻璃的制備藥品原料為高純的Bi2O3， SiO2， Ga2O3與Er2O3和AgNO3粉末， 將上述粉末充分混合好， 放置于氧化鋁坩堝中， 為了排除羥基， 在1050 ℃下氧氣氛中融解30 min， 這樣就引入了離子態(tài)的銀離子； 把熔液倒入一個(gè)預(yù)熱的無污染鋼模中， 在大約300 ℃的玻璃相變點(diǎn)退火2 h， 退火之后的樣品再進(jìn)行特殊的熱處理， 把部分離子態(tài)的銀離子還原成了原子態(tài)的銀原子； 熱處理的程序?yàn)閇10]： 馬福爐恒溫在420 ℃下， 在幾秒鐘內(nèi)快速把樣品放入馬福爐， 而且恒溫12 h， 然后自然降溫到室溫。 樣品最后再切割成16 mm×20 mm×5.5 mm拋光后供光學(xué)測(cè)量。 依照上述方法所制備的樣品有： (A) G-ErAg12樣品： Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 鉍化物發(fā)光玻璃(恒溫12 h)、 (B) G-Er樣品： Er3+(0.5%): 鉍化物發(fā)光玻璃。 其中， 樣品(A)的分子組成為60 Bi2O3-20 SiO2-20 Ga2O3-0.5 Er2O3-0.5 AgNO3。 隨后， 我們又制作了一塊(C) G-ErAg36樣品： Er3+(0.5%)Ag(0.5%): 鉍化物發(fā)光玻璃(恒溫36 h)樣品， (C)樣品的具體的熱處理程序?yàn)閇10]： 馬福爐恒溫在420 ℃下， 在幾秒鐘內(nèi)快速放入樣品， 而且恒溫18 h， 然后自然降溫到室溫， 取出樣品； 然后再次把馬福爐恒溫在420 ℃下， 在幾秒鐘內(nèi)再次快速放入樣品， 而且恒溫18 h， 然后自然降溫到室溫， 即總計(jì)恒溫36 h。

熒光測(cè)量所用儀器為FL3-2iHR熒光光譜儀(Horiba-JY公司， 日本、 美國、 法國)， 激發(fā)光源為半導(dǎo)體激光器(長春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司， 中國)， 978 nm半導(dǎo)體激光器的型號(hào)為MLL-III-980-2W， 1 539 nm半導(dǎo)體激光器的型號(hào)為MDL-N-1532nm-2W。 可見光探測(cè)器為R2658p光電倍增管。 對(duì)所有結(jié)果， 同一個(gè)圖相同波長處的強(qiáng)度可以直接比較。 吸收測(cè)量所用儀器為Lambda 950紫外可見近紅外分光光度計(jì)(Perkin Elmer 公司， 美國)。 熒光壽命測(cè)量所用儀器為Tempro-01熒光壽命譜儀(Horiba-JY公司， 日本、 美國、 法國)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品表面形貌和結(jié)構(gòu)

我們采用Quattro S型號(hào)的環(huán)境掃描電鏡(Thermo Fisher Scientific公司， 美國)測(cè)量了(A) G-ErAg12樣品的表面形貌和結(jié)構(gòu)。 電鏡測(cè)量的加速工作電壓是15 kV。 圖1 給出了(A) G-ErAg12玻璃樣品基質(zhì)的表面形貌圖， 從圖1中我們可以看出(A) G-ErAg12玻璃樣品表面分布著很多單分散的圓點(diǎn)狀的銀納米小顆粒， 其銀納米小顆粒的尺寸在大約20～50 nm， 顆粒之間的最大間距小于500 nm。

圖1 Quattro S型號(hào)的環(huán)境掃描電鏡測(cè)量的(A) G-ErAg12樣品的表面形貌和結(jié)構(gòu)

2.2 吸收

圖2是A， B和C三種不同的樣品的吸收譜。 從圖2可以看出三者都有典型的鉺離子的吸收峰， 它們是一些半寬很窄的尖銳峰， 它們?nèi)咴诓ǚ逍螤睢?峰值強(qiáng)度和峰值波長等方面都很相近。 (B) G-Er樣品中鉺離子的吸收位于(1 494.5和1 530.5 nm), 976.5, 799.0, 652.0, 545.0, 521.5和489.0 nm。 它們依次是鉺離子的4I15/2→4I13/2,4I15/2→4I11/2,4I15/2→4I9/2,4I15/2→4F9/2,4I15/2→4S3/2,4I15/2→2H11/2, 和4I15/2→4F7/2的吸收躍遷。 而在波長短于425 nm范圍出現(xiàn)的是鉍化物發(fā)光玻璃的很強(qiáng)的基質(zhì)的吸收， 這個(gè)范圍的鉺離子的吸收就完全被基質(zhì)的吸收給掩蓋了。 (A) G-ErAg12樣品在約600.0 nm處有一個(gè)較弱的寬的吸收峰， 是銀表面等離激元的表面等離子體共振吸收峰。 (C) G-ErAg36樣品在約580.0 nm處有一個(gè)很強(qiáng)的寬的吸收峰， 顯然它就是銀表面等離激元的表面等離子體共振吸收峰。 因此， 我們可以看出， 加熱時(shí)間的延長導(dǎo)致了表面等離子體共振吸收峰的劇烈增強(qiáng)和稍微藍(lán)移， 其物理原因可能是加熱造成銀納米顆粒數(shù)量的增多和尺寸的增大而導(dǎo)致的。 圖3給出了能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖， 左側(cè)給出的是鉺離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)， 右側(cè)給出的是銀表面等離激元的吸收結(jié)構(gòu)。

圖2 (A) G-ErAg12樣品(藍(lán)線)， (B) G-Er樣品(紅線)和(C) G-ErAg36樣品(綠線)的吸收譜

2.3 978 nm激光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光

圖4是用978 nm半導(dǎo)體激光作為激發(fā)波長， 測(cè)量(A) G-ErAg12樣品和(B) G-Er樣品在398～850 nm范圍的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜。 發(fā)現(xiàn)有位于531.0， 546.0和657.5 nm的三組上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰， 它們依次為Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2,4F9/2→4I15/2上轉(zhuǎn)換熒光躍遷。 可以看出在測(cè)量電流510 mA、 功率283 mW的978 nm半導(dǎo)體激光激發(fā)下， (A) G-ErAg12樣品和(B) G-Er樣品的531.0， 546.0和657.5 nm的三組上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰的強(qiáng)度依次為1.720×105， 6.889×105， 4.902×103和6.323×104， 2.638×105， 2.772×103， 可計(jì)算出(A) G-ErAg12樣品的531.0， 546.0和657.5 nm的三組上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰的強(qiáng)度依次為(B) G-Er樣品的272.0%， 261.1%和176.8%倍， 即納米銀的表面等離激元的引入促成了978 nm激光導(dǎo)致的上轉(zhuǎn)換發(fā)光分別增強(qiáng)了272.0%， 261.1%和176.8%倍。

圖3 Er3+Ag0∶BiSiGa發(fā)光玻璃的能級(jí)結(jié)構(gòu)和表面等離激元增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程示意圖

我們把978 nm激光器的泵浦功率從283 mW改變到108 mW， 測(cè)量了(A) G-ErAg12樣品和(B) G-Er樣品在500～600 nm范圍的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜， 研究了546.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨978 nm泵浦激光功率的雙對(duì)數(shù)變化關(guān)系曲線， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示， (A) G-ErAg12樣品和(B) G-Er樣品的546.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨978 nm泵浦激光功率的雙對(duì)數(shù)變化關(guān)系曲線的斜率依次分別是1.932和2.001， 兩者都很接近2， 說明了在978 nm激光泵浦下， 兩者的546.0 nm的4S3/2→4I15/2上轉(zhuǎn)換發(fā)光都是雙光子上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程。

我們由圖2測(cè)量了4I13/2,4I11/2,4I9/2,4F9/2,4S3/2,2H11/2和4F7/2的七個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)的能級(jí)重心依次分別是1 514.9, 976.5, 799.0, 652.0, 545.0, 521.5和489.0 nm, 它們的最低Stark能級(jí)依次分別位于1 557.1, 992.5, 807.1, 659.4, 545.0, 524.3和489.0 nm； 由此得出4I15/2→4I11/2和4I11/2→4F7/2的兩步能量躍遷過程的能量依次分別是10 241和10 374 cm-1， 由于978 nm激光光子的能量是10 225 cm-1， 因此978 nm激光激發(fā)導(dǎo)致的4I15/2→4I11/2和4I11/2→4F7/2的兩步光激發(fā)躍遷過程的能量失配依次分別是-16和-149 cm-1， 考慮到各能級(jí)吸收的半寬大約為200 cm-1， 因此， 該兩步的光激發(fā)過程都是很好的共振激發(fā)過程， 再加上這兩步過程的約化矩陣元(0.027 6, 0.000 2, 0.394 2)和(0.003 2, 0.265 3, 0.154 5)都比較大， 因此， 這兩步的光激發(fā)躍遷過程都有很高的激發(fā)效率。 總之， 978 nm激光激發(fā)摻鉺鉍化物發(fā)光玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機(jī)理是第一步的4I15/2→4I11/2共振基態(tài)吸收和隨后的第二步的4I11/2→4F7/2的共振激發(fā)態(tài)吸收。 該過程如圖3所示。

圖4 978 nm半導(dǎo)體激光激發(fā)下， (A) G-ErAg12樣品(藍(lán)線)和(B) G-Er樣品(紅線)在398～850 nm范圍的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜

圖5 978 nm半導(dǎo)體激光激發(fā)下， (A) G-ErAg12樣品(藍(lán)方塊)和(B) G-Er樣品(紅圓點(diǎn))的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨激光激發(fā)功率的變化關(guān)系曲線

2.4 1 539 nm激光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光

我們選用1 539 nm半導(dǎo)體激光作為激發(fā)波長， 測(cè)量了(A) G-ErAg12樣品和(B) G-Er樣品在398～850 nm范圍的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜， 如圖6所示。 有位于528.0， 547.0， 657.0和795.0 nm的四組上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰， 它們依次為Er3+的2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2,4F9/2→4I15/2,4I9/2→4I15/2上轉(zhuǎn)換熒光躍遷。 功率505 mW的1 539 nm半導(dǎo)體激光激發(fā)下， (A) G-ErAg12和(B) G-Er樣品的528.0， 547.0， 657.0和795.0 nm的四組上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰的強(qiáng)度依次為3.508×103， 1.249×104， 2.844×103， 1.500×102和2.378×103， 7.794×103， 2.212×103， 1.240×102， 可算出(A) G-ErAg12樣品的528.0， 547.0， 657.0和795.0 nm的四組上轉(zhuǎn)換發(fā)光峰的強(qiáng)度依次為(B) G-Er樣品的147.5%， 160.3%， 128.6%和121.0%倍， 即納米銀的表面等離激元的引入導(dǎo)致了1 539 nm激光造成的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)了147.5%， 160.3%， 128.6%和121.0%倍。

我們把1 539 nm激光功率從505 mW減小到255 mW， 測(cè)量了(A) G-ErAg12和(B) G-Er樣品在500～700 nm范圍的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜， 得到了547.0和657.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨1 539 nm泵浦激光功率的雙對(duì)數(shù)變化關(guān)系曲線， 如圖7所示， 由圖7可以得出， (A) G-ErAg12和(B) G-Er樣品的547.0和657.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨1 539 nm泵浦激光功率的雙對(duì)數(shù)變化關(guān)系曲線的斜率依次分別是2.134， 2.286和2.472， 2.365， 它們都很顯著大于2， 說明了在1 539 nm激光泵浦下， 它們的547.0 nm的4S3/2→4I15/2和657.0 nm的4F9/2→4I15/2上轉(zhuǎn)換發(fā)光都是三光子上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程。 同時(shí)， 偏離3較遠(yuǎn)的斜率也說明它們存在著很顯著的飽和現(xiàn)象。 這其中的原因是因?yàn)?78 nm半導(dǎo)體激光器的橫模模式是多模模式， 激光輻照點(diǎn)的光束光斑會(huì)比較大， 飽和現(xiàn)象就不太顯著； 而1539 nm半導(dǎo)體激光器的橫模模式是基模TEM00模式， 激光輻照點(diǎn)的光束光斑會(huì)很小， 飽和現(xiàn)象就很顯著。

根據(jù)前述的能級(jí)重心和最低Stark能級(jí)等參數(shù)； 我們可以計(jì)算出4I15/2→4I13/2，4I13/2→4I9/2和4I9/2→2H11/2的三步能量躍遷過程的能量依次分別是6 601， 6 094和6 785 cm-1， 由于1 539 nm激光光子的能量是6 498 cm-1， 因此1 539 nm激光激發(fā)導(dǎo)致的4I15/2→4I13/2，4I13/2→4I9/2和4I9/2→2H11/2的三步光激發(fā)躍遷過程的能量失配依次分別是-103， +404和-287 cm-1， 考慮到各能級(jí)吸收的半寬大約為200 cm-1， 因此， 該三步的光激發(fā)過程是較好的共振、 近共振和共振激發(fā)過程， 再加上了它們的約化矩陣元(0.019 5, 0.117 2, 1.432 5)(0.000 3, 0.008 7, 0.710 0)和(0.195 3, 0.064 8, 0.283 7)都比較大， 所以它們有著比較高的激發(fā)效率， 因此有著比較強(qiáng)的547.0 nm4S3/2→4I15/2, 上轉(zhuǎn)換發(fā)光。 同時(shí)， 我們也能看出， 1 539 nm半導(dǎo)體激光導(dǎo)致的547.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光比978 nm半導(dǎo)體激光導(dǎo)致的546.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光要小幾十倍以上， 究其原因， 一是因?yàn)? 539 nm半導(dǎo)體激光導(dǎo)致的547.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光是三光子過程， 而978 nm半導(dǎo)體激光導(dǎo)致的546.0 nm上轉(zhuǎn)換發(fā)光是雙光子過程， 多一步的上轉(zhuǎn)換過程的激發(fā)幾率自然要小很多。 第二個(gè)主要原因是4I9/2能級(jí)是個(gè)短壽命能級(jí)，4I9/2能級(jí)的布居數(shù)會(huì)很快的以多聲子無輻射弛豫到4I11/2能級(jí)， 它導(dǎo)致了第三步4I9/2→2H11/2上轉(zhuǎn)換過程激發(fā)幾率的減小。 同時(shí)還能看出， 弛豫到了4I11/2能級(jí)的布居數(shù)還能經(jīng)過第四步的4I11/2→4F9/2上轉(zhuǎn)換過程激發(fā)到了4F9/2能級(jí)， 雖然1 539 nm激光激發(fā)導(dǎo)致的4I11/2→4F9/2的第四步光激發(fā)躍遷過程的能量失配+1 237 cm-1是很大的， 一般來說該過程的激發(fā)幾率會(huì)是較小的； 但從圖6對(duì)圖4的對(duì)比中可以看出， 657.0 nm的4F9/2→4I15/2上轉(zhuǎn)換發(fā)光相對(duì)于547.0 nm的4S3/2→4I15/2, 上轉(zhuǎn)換發(fā)光的強(qiáng)度比例卻增大了很多， 這主要是4I11/2能級(jí)是個(gè)亞穩(wěn)能級(jí)，4I11/2→4F9/2的約化矩陣元(0.071 5, 0.010 1, 1.267 1)也比較大， 造成了第四步4I11/2→4F9/2的光激發(fā)躍遷過程的激發(fā)幾率相對(duì)來說就比較大了。 該過程也如圖3所示。

2.5 分析

對(duì)于銀顆粒表面等離激元增強(qiáng)鉍化物發(fā)光玻璃中鉺離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光的機(jī)理， 我們認(rèn)為主要為納米銀顆粒的局域表面等離激元共振， 它造成了金屬納米結(jié)構(gòu)附近產(chǎn)生了很強(qiáng)的局域電場(chǎng)， 該局域電場(chǎng)的強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于入射光的電場(chǎng)強(qiáng)度， 從而導(dǎo)致了金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)入射光產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的吸收和散射， 進(jìn)而導(dǎo)致了熒光的增強(qiáng)； 這也就是局域表面等離子體共振局域場(chǎng)的場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。 同時(shí)， 978 nm半導(dǎo)體激光的激發(fā)波長比較靠近580.0～600 nm的銀表面等離激元共振吸收峰， 可見上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)就比較多， 可見上轉(zhuǎn)換發(fā)光最大增強(qiáng)達(dá)到272%倍。 而1 539 nm半導(dǎo)體激光的激發(fā)波長距離580.0～600 nm的銀表面等離激元共振吸收峰比較遠(yuǎn)， 它的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)就比較小， 它的上轉(zhuǎn)換發(fā)光最大增強(qiáng)僅為160%倍。

圖7 1 539 nm半導(dǎo)體激光激發(fā)下， (A) G-ErAg12樣品(黑方塊表示547.0 nm熒光和紅圓點(diǎn)表示657.0 nm熒光)和(B) G-Er樣品(藍(lán)正三角表示547.0 nm熒光和綠倒三角表示657.0 nm熒光)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度隨激光激發(fā)功率的變化關(guān)系曲線

3 結(jié) 論

(1)研究結(jié)果表明銀表面等離激元的表面等離子體共振吸收峰位于580～600 nm。 樣品加熱時(shí)間的延長導(dǎo)致了表面等離子體共振吸收峰的劇烈增強(qiáng)和稍微藍(lán)移。

(2)納米銀的表面等離激元的引入促成了鉍化物發(fā)光玻璃中鉺離子的978 nm激光導(dǎo)致的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的最大增強(qiáng)為272.0%倍。

(3)測(cè)量結(jié)果還表明納米銀的表面等離激元的引入導(dǎo)致了鉍化物發(fā)光玻璃中鉺離子的1 539 nm激光造成的上轉(zhuǎn)換發(fā)光的最大增強(qiáng)為160.3%倍。