镱离子(Yb3+)介导的多波段响应全色上转换发光技术在加密光通信中的应用研究

来自前沿光学材料领域的研究人员通过多壳层纳米晶设计，成功实现基于NaYF4:Yb/Tm/Ho体系的多波段近红外（NIR）激发全色上转换（UC）发光。该研究创新性地利用900/980/1150/1960 nm四波段激发分别产生白/蓝/绿/红光，结合MAPbI3钙钛矿探测器构建8位二进制加密系统，为高容量防干扰光通信提供了新型光谱维度解决方案。

　　

在光子学前沿领域，镧系掺杂上转换（upconversion, UC）纳米晶正成为革命性的光学转换器。这项突破性研究通过精妙的核壳结构设计——NaYF₄:Yb,Tm@NaYF₄:Yb@NaYF₄:Yb,Ho@NaYF₄四层纳米晶，实现了"光谱调色盘"般的奇妙现象：当分别用900、980、1150和1960 nm近红外光照射时，材料会像变色龙般呈现白色、蓝色、绿色和红色发光。

奥秘在于镱离子(Yb³⁺)扮演的双面特工角色——既能作为能量传输的"分子桥梁"，又能阻止有害的能量泄漏。特别是1960 nm激发的红色发光，突破了传统通信波段的限制，为光学加密增添了新武器。研究人员像调试精密仪器般，通过调控掺杂浓度和壳层厚度，使Tm³⁺-Ho³⁺-Yb³⁺离子间实现了完美的能量共舞。

更有趣的是，当这些彩虹纳米晶遇见MAPbI₃钙钛矿探测器时，产生了奇妙的"光电对话"：不同颜色的光转换成特定电信号，构建出8位二进制"光学密码本"。利用四个非传统通信波段的近红外光作为"密钥"，这套系统就像给信息穿上了隐形斗篷，既能抵抗干扰又能防止窃听，为高安全性光通信开辟了新维度。