上转换 upconversion

2022-10-21 15:57:31 浏览:316

定义

光可以被光子能量发射的过程,其光子能量高于产生激发的光的能量。

当介质(例如激光增益介质)由于被入射光激发而发出荧光时,荧光的波长通常比激发光的波长长。这意味着光子能量减少。然而,在某些情况下,可能会发生上转换荧光,其中发射光的波长较短。这是通过激发机制实现的,激发机制涉及每个发射的光子一个以上的吸收光子,如下所述。

图 1:掺铥(Tm)的液位方案3+ZBLAN光纤(一种重金属氟化物光纤)中的离子,显示了用1140nm激光激发如何导致蓝色荧光和激光发射。灰色短箭头表示多声母子过渡。

如图1所示,一种机制是通过激发态吸收对泵浦光子的顺序吸收。第一次吸收过程导致一些亚稳激发水平,从那里进一步的吸收可以将离子带到更高的水平。这种过程需要高泵强度,但不一定需要高掺杂浓度。具有合适的液位配置,例如在 Tm 3+中 (图1),单个泵浦激光器可用于所有激发步骤,但在某些情况下需要多个泵浦波长。

另一种类型的机制涉及不同激光离子之间的能量转移过程。在这里,例如,亚稳中间水平的两个激光离子相互作用,将一个离子激发到更高的躺置状态,而另一个离子变得去兴奋(合作上转换)。通常需要高掺杂密度才能使这种能量转移成为可能。即使在较低的掺杂密度下,一些宿主介质也具有掺杂剂聚集的趋势,从而促进能量转移。

上变频可应用于上变频激光器,其中激光波长短于泵浦波长。在其他器件(例如掺铒光纤放大器)中,上变频会导致寄生损耗。

图 2:铥的荧光3+)ZBLAN光纤中的离子在用1140nm激光器激发下。上转换过程导致人口具有相对较高的能量水平,从那里发射蓝光甚至紫外线。这种光纤允许在480nm附近的蓝色光谱区域进行激光处理。(700 nm左右的弱峰是伪影,由光谱仪中紫外光的二阶衍射引起。数据由R.帕斯乔塔在南安普敦的ORC获取。

上转换荧光可能被多声子跃迁强烈抑制(淬灭),因为这些跃迁会缩短亚稳态水平的寿命。具有低最大声子能量的纤维,例如某些氟化物纤维(例如ZBLAN纤维),表现出更弱的多声子过程,因此更强的上转换。这种光纤确实适用于非常高效的上转换光纤激光器。

非线性光学器件的上变频

术语上转换有时也用于产生较短波长光子的其他类型的过程。一个例子是通过在非线性晶体中产生和频率将红外光子上变频到可见光谱范围。例如,这可用于长波长的光子计数,其中没有合适的探测器可用。还有一些情况是使用这种非线性上转换进行成像,例如在中红外;然后,可以使用普通图像传感器对上转换辐射进行记录,以用于近红外或可见光。

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基础光学

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