稀土离子嵌位的纳米结构序列复合材料组装及激发态性质研究

随着纳米材料制备技术的发展，纳米光子学理论和应用研究已经成为热点研究课题。然而，由于复合纳米结构材料的复杂多样性，刚刚展开和获得的结果，转而又成了另一个亟待澄清的问题。本项目拟在前期研究课题的基础上，对稀土离子嵌位的纳米结构序列复合材料的激发态特性展开进一步地研究工作：借助激光光谱学和腔量子电动力学理论，通过设计与控制介质材料、尺寸和堆积几何等参数以及选择不同嵌位稀土离子作为发光中心的方法，展开对这些参数与发光中心量子跃迁间及发光中心间相关性的理论与实验研究：借鉴光在微腔空间里的传播特性，总结发光中心自发辐射性质的变化规律与复合纳米结构参数之间的关系；在该类材料中，探索发光中心自发辐射几率变化规律和极化激元产生、传播及辐射的特性；探讨弱光非线性产生机制；研究从红外光到紫外光发射的上转换发射效率增强机制，为在显微探测、光通讯等领域的应用以及寻找发光、激光以及新的光子学材料奠定理论和实验基础。

本项目对稀土离子嵌位的纳米结构序列复合材料的激发态特性展开进一步地研究工作：借助激光光谱学和腔量子电动力学理论，通过设计与控制介质材料、尺寸和堆积几何等参数以及选择不同嵌位稀土离子作为发光中心的方法，展开对这些参数与发光中心量子跃迁间及发光中心间相关性的理论与实验研究：借鉴光在微腔空间里的传播特性，总结发光中心自发辐射性质的变化规律与复合纳米结构参数之间的关系；在该类材料中，探索发光中心自发辐射几率变化规律和极化激元产生、传播及辐射的特性；探讨弱光非线性产生机制；研究从红外光到紫外光发射的上转换发射效率增强机制，为在显微探测、光通讯等领域的应用以及寻找发光、激光以及新的光子学材料奠定理论和实验基础。. 在单一纳米粒子和复合纳米粒子阵列的比较研究中，我们在Yb3+, Er3+:CaF2纳米粒子组成的阵列里不仅观察到了紫外上转换增强现象而且随着纳米颗粒粒径的变化，还观察到了谱线窄化并随功率增强的现象。这明显和纳米颗粒形成的阵列形成的不均匀空间以及集体激发态（如，极化激元）效应有关；在YF3:Yb3+, Tm3+/SiO2微粒材料中，通过改变SiO2层的厚度，我们已经观察到了发光的选择性增强性质。由此可见，材料的尺寸、结构以及其在局域空间里周围环境变化（介电常数、几何空间与形貌等）因素可能是导致这些新现象的根源。. 激光光谱学的方法能够揭示激发态的能量状态及电子布居的时间演化规律。因此，在具有特定形貌的纳米复合结构中，认识介电参数、空间结构和尺寸等对处于纳米空间里发光中心—稀土离子电子态密度涨落的影响及能量状态的影响，探讨光和这电子态的相互作用以及在纳米的几何空间里传输的规律对发光中心--稀土离子激发态过程演化的影响；可以建立这些物理学参数和稀土离子量子跃迁、自发辐射以及它们之间能量传递效率变化之间的关系，从而认识和建立其中的基本物理模型，为设计和制备新的发光材料、研制新的高技术光子学材料提供可靠的理论和实验依据。