近日，在國家自然科學基金、深圳市基礎研究等專案支援下，哈工大（深圳）微納光電團隊成員金立敏助理教授與香港城市大學王鋒教授、朱世德教授合作發表了在新型深紫外鐳射器件領域取得的重要研究成果，為構建適用於器件應用的小型化短波鐳射器提供了可行的解決方案。

據悉，該研究成果以“Ultralarge anti-Stokes lasing through tandem upconversion”論文形式發表在了《Nature Communications》上。

文章指出，相干紫外光在環境和生命科學中有著重要應用，然而直接紫外激光面臨著直接製造和執行成本的限制。研究團隊提出了一種通過串聯上轉換過程間接產生的深紫外鐳射策略，即構建一種多殼層奈米粒子，在 1550 奈米遠端通訊波長激發下，實現 290 奈米處的深紫外鐳射輸出。

▲Er3 + 敏化的強深紫外片上鐳射器件及其在奈米顆粒感測方面的應用

文章指出，在成熟的電信行業中，各種光學元件很容易獲得，該研究成果為構建適用於器件應用的小型化短波鐳射器提供了可行的解決方案。

關於上述研究，文章提到 1260 奈米（≈3.5eV）超大反斯托克斯位移原因一系列不同上轉換過程的串聯組合。在該實驗中，通過多殼層奈米結構將 Tm3 + 和 Er3 + 上轉換過程限制在不同的殼層中，以減少不同上轉換過程之間不可控的能量交換作用引起的激發能耗散。

此文說明了 Ce3 + 摻雜是實現多米諾上轉換的必要條件，這是由於 Ce3 + 通過交叉弛豫抑制了 Er3 + 的高階上轉換，實現了 4I11/2 能級佔優的粒子數翻轉，從而能夠促進 Er3+→Yb3 + 的能量轉移和隨後的 Yb3+→Tm3 + 上轉換過程。

團隊將該材料與高 Q 值（2×105）的片上微環鐳射器件相整合以進行光學表徵，首次觀察到了 Er3 + 敏化的強深紫外上轉換鐳射輻射，該多米諾上轉換過程促進下的 Tm3 + 離子五光子上轉換輻射對鐳射腔的 Q 值因子很敏感，並以尺寸近似的聚苯乙烯小球模擬癌細胞分泌物進行了感測測量，可以通過監測 290 奈米鐳射閾值變化實現奈米顆粒感測，感測尺寸小至 300 奈米。

論文連結：
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28701-1