暨南大学融媒体中心讯 光子技术研究院李向平、邓子岚教授与澳大利亚国立大学Yuri Kivshar教授、中国科学院物理所李俊杰教授团队合作，将具有高品质（Q）因子的电介质共振超表面与上转换颗粒材料进行耦合，实现了具有双偏振选择性的上转换发光增强。相关研究成果以“Dual-band polarized upconversion photoluminescence enhanced by resonant dielectric metasurfaces”为题发表在卓越计划高起点新刊学术期刊《eLight》上。论文第一作者为光子技术研究院博士研究生冯紫微和史坦，通讯作者为光子技术研究院李向平教授、邓子岚教授、澳大利亚国立大学Yuri Kivshar教授和中国科学院物理所李俊杰教授，暨南大学为第一通讯单位。

稀土上转换纳米材料具有宽波段吸收、长寿命、独特的反斯托克斯等优势，已广泛应用于生物医学、显示技术、光学复用和上转换激光等领域。偏振作为荧光发射的重要特性，可以在另一维度上提供物质的结构与方向信息。然而，与4f电子跃迁相关的稀土上转换发光亮度通常较弱，且不表现出偏振极化特征。如何增强上转换纳米材料的发光效率以及调控其偏振极化特性是目前研究的难点。

李向平、邓子岚教授与Yuri Kivshar教授合作，提出利用高折射率介质纳米结构组成的谐振超表面的低损耗、高Q值特性，为稀土掺杂纳米颗粒上转换发光强度和偏振态的调控提供了一条有效途径。共振超表面由一个双原子单元组成，通过改变两个纳米砖之间的相对角度，可以调整结构的非对称度。该结构支持y偏振入射的准连续域中束缚态（BIC）模式以及x偏振入射的Mie氏共振模式。沉积在超表面上的NaYF4:Yb/Er纳米颗粒在540 nm、660nm双波段表现出超亮的偏振上转换发光。

（基于高Q谐振超表面的双偏振调控上转换发光增强示意图）

作者还研究了该谐振超表面对于上转换发光偏振响应的调控，采用980 nm光泵浦激发超表面上的上转换纳米颗粒，得到了不同检偏度条件下超表面耦合上转换荧光偏振光谱。通过旋转检偏器，光谱中540 nm和660 nm处的光谱强度随检偏度而改变。结果表明上转换荧光具有交叉偏振特性，线偏振度（Dop）可达到0.86和0.91。

这项研究得到了国家重点研发计划项目(2021YFB2802003, 2022YFB3607300)，中国博士后科学基金资助项目(No.2022M711241)，国家自然科学基金项目(62075084)，广东省基础与应用基础研究基金项目：广东省杰出青年基金项目(2022B1515020004)的支持。

全文链接：https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-023-00054-2

供稿单位：光子技术研究院

校对：华嘉玥

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初审：谢晓东

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