偏振与等离激元协同调控Ho3+掺杂β-NaYF4单轴微晶光子雪崩效应的动力学机制与非线性增强研究

本研究揭示了各向异性β-NaYF4:Ho3+单晶微颗粒中光子雪崩（PA）效应的偏振调控规律与等离激元（LSPR）增强机制，通过金纳米棒组装将非线性阶数提升至41阶，为开发低阈值非线性光学器件和单粒子级光电探针提供了新范式。

　　

Section snippets

Synthesis of NaYF₄:Ho³⁺ microcrystals

采用水热法合成了β-NaYF₄:Ho³⁺微米棒。将EDTA与稀土硝酸盐溶液混合后加入NaF和NH₄HF₂，经水热反应获得不同Ho³⁺掺杂浓度（20-100 mol%）的单轴晶体。

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

各向异性β-NaYF₄晶体存在沿c轴的光学轴（图1a）。在976nm线偏振光激发下，红色上转换发射呈现显著各向异性：当激发光波矢量平行于c轴时，650nm发射强度最高（图1d）。能级分析表明，⁵F₅→⁵I₈跃迁主导单波段PA过程，其非线性系数高达25阶，且激发态能量转移网络会延长粒子数积累时间。

Conclusions

本研究通过偏振光调控和等离激元耦合，实现了对Ho³⁺掺杂β-NaYF₄单晶粒子PA效应的有效调控。金纳米棒组装使PA非线性系数实验值增至41阶，并显著缩短响应时间，为开发低阈值非线性光学器件提供了新思路。