偏振与等离激元协同调控稀土掺杂各向异性微晶光子雪崩效应及非线性增强机制研究

本文系统研究了偏振激发与局域表面等离激元共振（LSPR）对Ho3+掺杂β-NaYF4单轴晶粒光子雪崩（PA）效应的调控机制，实验观测到41阶非线性增强和瞬态光学响应，为开发低阈值非线性光学器件提供了新思路。

　　

Section snippets

Synthesis of NaYF₄:Ho³⁺ microcrystals

通过传统水热法合成了β-NaYF₄:x mol%Ho³⁺（x=20-100）微米棒。首先将EDTA与去离子水混合，加入稀土硝酸盐溶液搅拌30分钟，随后加入NaF与NH₄HF₂溶液继续搅拌，最终将悬浮液转移至聚四氟乙烯高压反应釜中处理。

The single-band PA of a single β-NaYF₄:Ho³⁺ particle

β-NaYF₄晶体具有各向异性场，其单轴特性使发光（包括PA）受粒子取向和激发光偏振调控。图1(b)(c)展示了两种激发配置下单根微米棒的偏振上转换发射研究。图1(d)显示976nm线偏振激发下650nm红光发射呈现显著各向异性，当激发光偏振方向平行于晶体c轴时发射最强，垂直时最弱，偏振比达2.1。

Conclusions

本研究通过调控激发光偏振和等离激元效应，实现了对Ho³⁺掺杂β-NaYF₄单轴晶粒PA过程的精准调控。在976nm偏振激发下观察到红色上转换发射的明显各向异性，金纳米棒组装后通过局域场增强使PA非线性系数实验值增至41阶。非线性系数增大显著缩短了PA响应时间，并检测到敏感瞬态光学响应。