激光诱导的反斯托克斯宽带白光发射中的内在光学双稳态与温度传感特性

《Journal of Luminescence》：Intrinsic Optical Bistability and Temperature Sensing in the Laser–Induced Anti-Stokes Broadband White Light Emission

激光诱导白光发射（LIWE）机制研究及稀土 sesquioxides 光学特性分析，发现光热效应主导发射过程，粒子尺寸影响光吸收与发射效率，在972-2542 K范围内呈现光致双稳态与温度传感特性，验证了非线性光谱学应用潜力。

　　

Talita J.S. Ramos

欧洲非线性光谱实验室（LENS），Via Nello Carrara 1，50019 Sesto Fiorentino，意大利

摘要

在这项工作中，我们对激光诱导的白光发射（LIWE）的潜在机制进行了详细研究，并探讨了颗粒大小和体性质对镧系氧化物光学特性的影响。通过改变样品堆积密度、激光二极管强度以及808或980纳米处的连续激发波长（高达11 kW·cm^-2），可以调节上转换发射的颜色。研究结果表明，Log I_LIWE与Log P_D的线性拟合斜率不应被解释为LIWE过程中的光子数。时间动态和光电导分析表明，多光子电离和雪崩过程并未参与LIWE的产生。在几秒的时间尺度内，电阻的微小波动（在一个数量级以内）以及纳安级别的光电流强度可以归因于激光激发引起的光热转换机制。本文报道的单一发射体表现出内在的光学双稳态特性，并且在972?2542 K的宽温度范围内具有温度敏感性，分辨率为0.2 K。光物理分析表明，在低/高激光功率密度下存在两种不同的光学双稳态发射现象。

部分摘录

引言

激光诱导的反斯托克斯宽带白光发射（LIWE）已在文献中广泛报道，涉及有机[1]、杂化[2]和无机[3][4]材料，既可以在单发射体[5]配置中观察到，也可以在多发射体配置[6]中观察到。在镧系氧化物中观察到的LIWE现象，其产生机制被认为是不同的，例如光子雪崩[7]、黑体辐射[8]等。

结构和形态表征

图1展示了商业生产和合成得到的Yb₂O₃和Er₂O₃的XRD图谱。通过PDF Card-04-004-4374和PDF Card-04-001-6800鉴定出氧化镱和氧化铒的立方相（Ia3），且不存在其他相或杂质。根据Scherrer方程计算得到的平均晶粒尺寸分别为60 ± 7 nm和52 ± 6 nm，表明合成的Yb₂O₃和Er₂O₃具有更小的颗粒尺寸和更窄的尺寸分布。

结论

在本研究中，通过改进的共沉淀法合成了纳米晶体。X射线衍射和透射电子显微镜分析证实了这些镧系氧化物形成了纯度高、分布均匀的立方结构。本研究旨在阐明激光诱导的反斯托克斯宽带白光发射（LIWE）的机制，并通过光物理方法评估颗粒大小和体性质的影响。

材料和合成方法

使用了商业购买的Yb₂O₃和Er₂O₃（Sigma-Aldrich，纯度>99.9%），分别标记为Y和E。Er(NO₃)₃·5H₂O（99.9%）和Yb(NO₃)₃·5H₂O（99.9%）同样来自Sigma-Aldrich，而NH₂CH₂COOH（甘氨酸，纯度>99%）则购自Alfa Aesar，所有这些材料均无需进一步纯化。采用改进的共沉淀工艺（10.1088/2053-1591/3/10/106201）制备了Yb₂O₃和Er₂O₃粉末，分别标记为SY和SE。起始试剂溶解在1毫升的

CRediT作者贡献声明

Talita Jordanna De Souza Ramos：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，验证，监督，软件使用，资源提供，项目管理，方法论设计，实验研究，资金筹集，数据分析，概念构建

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性

作者确认支持本研究结果的数据可在文章及其补充材料中找到。

支持信息/相关内容

支持信息可在____网站上免费获取，DOI为____。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

Talita J. S. Ramos报告称，欧洲非线性光谱实验室（LENS）提供了财务支持、设备、药品或实验材料。

致谢

作者衷心感谢阿威罗大学的光子混合与纳米材料研究小组（Phantom-G）为材料合成与表征提供了必要的基础设施。同时感谢低温与结构研究所（INTiBS）在光电导研究方面的支持，以及Pawe? G?uchowski博士对本研究中使用的块状材料的制备工作所做的贡献。