近日，在国家自然科学基金、深圳市基础研究等项目支持下，哈工大（深圳）微纳光电团队成员金立敏助理教授与香港城市大学王锋教授、朱世德教授合作发表了在新型深紫外激光器件领域取得的重要研究成果，为构建适用于器件应用的小型化短波激光器提供了可行的解决方案。

据悉，该研究成果以“Ultralarge anti-Stokes lasing through tandem upconversion”论文形式发表在了《Nature Communications》上。

文章指出，相干紫外光在环境和生命科学中有着重要应用，然而直接紫外激光面临着直接制造和运行成本的限制。研究团队提出了一种通过串联上转换过程间接产生的深紫外激光策略，即构建一种多壳层纳米粒子，在 1550 纳米远程通信波长激发下，实现 290 纳米处的深紫外激光输出。

▲  Er3 + 敏化的强深紫外片上激光器件及其在纳米颗粒传感方面的应用

文章指出，在成熟的电信行业中，各种光学元件很容易获得，该研究成果为构建适用于器件应用的小型化短波激光器提供了可行的解决方案。

关于上述研究，文章提到 1260 纳米（≈3.5 eV）超大反斯托克斯位移原因一系列不同上转换过程的串联组合。在该实验中，通过多壳层纳米结构将 Tm3 + 和 Er3 + 上转换过程限制在不同的壳层中，以减少不同上转换过程之间不可控的能量交换作用引起的激发能耗散。

此文说明了 Ce3 + 掺杂是实现多米诺上转换的必要条件，这是由于 Ce3 + 通过交叉弛豫抑制了 Er3 + 的高阶上转换，实现了 4I11/2 能级占优的粒子数翻转，从而能够促进 Er3+→Yb3 + 的能量转移和随后的 Yb3+→Tm3 + 上转换过程。

团队将该材料与高 Q 值（2×105）的片上微环激光器件相集成以进行光学表征，首次观察到了 Er3 + 敏化的强深紫外上转换激光辐射，该多米诺上转换过程促进下的 Tm3 + 离子五光子上转换辐射对激光腔的 Q 值因子很敏感，并以尺寸近似的聚苯乙烯小球模拟癌细胞分泌物进行了传感测量，可以通过监测 290 纳米激光阈值变化实现纳米颗粒传感，传感尺寸小至 300 纳米。

论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28701-1

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