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2022-05-03 22:32 |
非線性光學(xué)及超分辨熒光顯微成像領(lǐng)域獲重大進(jìn)展
近日，華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院光及電磁波研究中心詹求強(qiáng)教授課題組在非線性光學(xué)及超分辨熒光顯微成像領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展：提出了一種新型的遷移光子雪崩機(jī)理，在常溫下實(shí)現(xiàn)了國際上非線性響應(yīng)階數(shù)最高（46階）的光子雪崩現(xiàn)象，基于極高階非線性熒光效應(yīng)發(fā)展了一種極其簡便的單光束、低光強(qiáng)、近紅外超分辨顯微成像技術(shù)，系統(tǒng)比傳統(tǒng)共聚焦更簡單，但分辨率是共聚焦的4倍左右，并成功應(yīng)用于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的觀測。該成果于北京時間4月26日以“Migrating photon avalanche in different emitters at the nanoscale enables 46th-order optical nonlinearity”為題在Nature子刊《Nature Nanotechnology》（影響因子 : 39.214）在線發(fā)表。 12:h49AP
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光子雪崩是一種具有超高階非線性光學(xué)響應(yīng)特性的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，于1979年首次在摻鐠晶體中被觀察到，表現(xiàn)出的特征為激發(fā)光功率超過一定閾值后，發(fā)射熒光強(qiáng)度隨激發(fā)光強(qiáng)度增加而展現(xiàn)出超高階非線性依賴關(guān)系，階數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的多光子吸收。但過去四十多年里，光子雪崩基本只能在塊狀材料中觀測，甚至需要超低溫等極端條件。如何在納米尺度、常溫條件下實(shí)現(xiàn)高效光子雪崩一直是個重大物理難題。這是因?yàn)樵诩{米尺度下實(shí)現(xiàn)光子雪崩存在巨大困難，如納米顆粒表面能量損耗很大、增強(qiáng)交叉馳豫與濃度猝滅存在矛盾關(guān)系等等。針對這個科學(xué)難題，自2018年起，詹求強(qiáng)教授帶領(lǐng)碩士研究生努力探索適用于在納米尺度實(shí)現(xiàn)光子雪崩的新理論，并取得了重要進(jìn)展。在物理機(jī)理上，突破性提出多離子級聯(lián)作用的新型光子雪崩機(jī)理（Cascade Photon Avalanche），在室溫條件下實(shí)現(xiàn)了摻鐠納米顆粒的26階非線性熒光的效應(yīng)。具體地，在詹求強(qiáng)課題組提出的雙離子摻雜的光子雪崩體系中，引入了一種能級簡單的新離子（鐿離子）承擔(dān)存儲能量的功能。該研究從理論和實(shí)驗(yàn)上系統(tǒng)地分析了能量傳遞路徑，建立整套雪崩體系模型并使用數(shù)學(xué)方程理論模擬發(fā)光的動力學(xué)過程，探尋了最佳摻雜配比，闡明了影響光子雪崩的內(nèi)在機(jī)制�；诶碚撝笇�(dǎo)，合成對應(yīng)的雙離子摻雜的納米顆粒，在近紅外光激發(fā)下，成功探測到覆蓋藍(lán)光至紅光的多波段熒光的超高階非線性光學(xué)響應(yīng)曲線。 f"Z qA'KB#
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