《電子技術(shù)應(yīng)用》
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山西大學(xué)在金納米粒子相干非線性效應(yīng)研究中取得重要進(jìn)展

2021-08-29
來源:光電資訊
關(guān)鍵詞: 金納米粒子

  8月21日,記者從山西大學(xué)獲悉,山西大學(xué)激光光譜研究所肖連團(tuán)教授團(tuán)隊(duì)在金納米粒子相干非線性效應(yīng)研究中取得重要進(jìn)展。

  該成果在量子精密測(cè)量、光學(xué)傳感和生物醫(yī)學(xué)等方面有重要的應(yīng)用前景。

  近日,物理學(xué)權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)在線刊發(fā)了他們的研究論文。山西大學(xué)為論文唯一單位,博士研究生李耀和楊勇剛教授為論文共同NO1作者,通訊作者為秦成兵教授和肖連團(tuán)教授,賈鎖堂教授和張國(guó)峰教授等共同參與了研究工作。

  金納米粒子因其特有的非線性效應(yīng)、表面等離子體共振效應(yīng)、光熱效應(yīng)等,一直是物理、化學(xué)、材料等學(xué)科的研究熱點(diǎn),在光學(xué)傳感、能量俘獲、高分辨成像和光熱治療等方面具有重要的應(yīng)用。

  由于金納米粒子量子產(chǎn)率低(10-6),而多光子熒光強(qiáng)度和高階非線性效應(yīng)嚴(yán)重依賴于激發(fā)光的功率,大功率激光的使用一方面會(huì)因光熱效應(yīng)破壞金納米粒子本身的結(jié)構(gòu),另一方面也會(huì)對(duì)納米系統(tǒng)或有機(jī)體 (如細(xì)胞、組織) 造成不可修復(fù)的損傷,從而極大地限制了金納米粒子在功能器件、生物成像、癌癥治療等方面的實(shí)際應(yīng)用。

  圖1金納米粒子在不同時(shí)間尺度下的超快動(dòng)力學(xué)行為。(a) 線性坐標(biāo);(b) 對(duì)數(shù)坐標(biāo)。(c) 兩束等功率飛秒脈沖激發(fā)下的對(duì)稱干涉條紋;(d) 不等功率激發(fā)下的非對(duì)稱干涉條紋。傳統(tǒng)多光子激發(fā)模擬結(jié)果:(e) n=2,(f) n=“3”.8。

  肖連團(tuán)教授研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)金納米粒子應(yīng)用發(fā)展存在的瓶頸問題,提出基于中間態(tài)物理參數(shù)可調(diào)的三能級(jí)理論模型,提升超快雙脈沖激發(fā)金納米粒子的非線性干涉效應(yīng)。

  實(shí)驗(yàn)發(fā)展了相位和振幅精確可調(diào)的雙脈沖超快光場(chǎng)技術(shù),用于精準(zhǔn)地調(diào)控飛秒激光與金納米粒子相互作用,在將激發(fā)功率降低2個(gè)量級(jí)的情況下,實(shí)現(xiàn)了金納米粒子雙光子熒光的非線性干涉,相干相長(zhǎng)時(shí)熒光強(qiáng)度比通常的雙光子光致發(fā)光方法提高100倍以上,相干相長(zhǎng)與相干相消之比達(dá)到104。如圖1所示。

  研究工作同時(shí)表明,通過精確調(diào)控兩束飛秒激光的延遲,可以精準(zhǔn)地調(diào)控飛秒激光與金納米粒子相互作用的非線性系數(shù)。

  如圖2所示,使用單束飛秒脈沖激發(fā)金納米粒子時(shí),其熒光表現(xiàn)出明顯的雙光子吸收過程,非線性系數(shù)為2;在采用雙脈沖激發(fā)時(shí),當(dāng)僅改變其中一束飛秒激光功率時(shí),金納米粒子的熒光隨兩束脈沖延遲的增加呈現(xiàn)出從線性過程向雙光子過程漸變的奇異行為。

  在金納米粒子的實(shí)際應(yīng)用中,線性過程適用于精密測(cè)量與傳感,而高階非線性過程對(duì)超分辨成像更為有利。

  圖2 (a) 不同延遲下金納米粒子熒光強(qiáng)度隨激發(fā)功率的變化;(b) 金納米粒子多光子熒光的非線性系數(shù)隨兩束脈沖相對(duì)延遲的變化行為。

  近年來,肖連團(tuán)教授研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了單分子、金納米粒子、量子點(diǎn)等體系的相干超快動(dòng)力學(xué)過程,發(fā)展了量子相干調(diào)制增強(qiáng)單分子顯微成像的新原理與新技術(shù),利用相位調(diào)制的激光脈沖對(duì)制備與操控相干疊加態(tài),實(shí)現(xiàn)了極微弱量子相干信息的有效測(cè)量,研究工作在量子精密測(cè)量、光學(xué)傳感和生物醫(yī)學(xué)等方面有重要的應(yīng)用前景。(山西大學(xué)供圖)




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