實現金納米粒子雙光子熒光非線性干涉

        《中國科學報》 2021-08-31 21:15:06

        近日,《物理評論快報》在線刊發了山西大學激光光譜研究所教授肖連團團隊的研究論文。該團隊在金納米粒子相干非線性效應研究領域獲進展。

        金納米粒子因其特有的非線性效應、表面等離子體共振效應、光熱效應等,一直是物理、化學、材料等學科的研究熱點,在光學傳感、能量俘獲、高分辨成像和光熱治療等方面具有重要的應用。但大功率激光的使用會因光熱效應破壞金納米粒子本身的結構,也會對納米系統或有機體(如細胞、組織) 造成不可修復的損傷,從而極大地限制了金納米粒子在功能器件、生物成像、癌癥治療等方面的應用。

        肖連團研究團隊針對金納米粒子應用發展存在的瓶頸問題,提出基于中間態物理參數可調的三能級理論模型,提升超快雙脈沖激發金納米粒子的非線性干涉效應。實驗發展了相位和振幅精確可調的雙脈沖超快光場技術,用于精準地調控飛秒激光與金納米粒子相互作用,在將激發功率降低2個量級的情況下,實現了金納米粒子雙光子熒光的非線性干涉,相干相長時熒光強度比通常的雙光子光致發光方法提高100倍以上,相干相長與相干相消的比達到104。

        該研究表明,通過精確調控兩束飛秒激光的延遲,可以精準地調控飛秒激光與金納米粒子相互作用的非線性系數。使用單束飛秒脈沖激發金納米粒子時,其熒光表現出明顯的雙光子吸收過程,非線性系數為2;在采用雙脈沖激發時,當僅改變其中一束飛秒激光功率時,金納米粒子的熒光隨兩束脈沖延遲的增加呈現從線性過程向雙光子過程漸變的“奇異”行為。在金納米粒子的實際應用中,線性過程適用于精密測量與傳感,而高階非線性過程對超分辨成像更有利。(李清波)

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