摘要
摘要
稀土离子因其大反斯托克斯位移,尖锐的发射带，较长的发光时间与多元
化的能级结构等特征,在发光领域受到广泛关注，成为近年来相关领域的前沿研
究热点之一。本研究以稀土基上转换纳米晶为光增益介质，构建高品质因子的
亚毫米级耳语回廊模（WGM）谐振腔，在低功率近红外光泵浦下，获得连续
光泵浦的激光出射。该工作有利于推动稀土在光学以及生物化学领域方面的进
一步运用，对于实现稀土材料的高质化利用具有重要意义。其中，该研究的关
键点在于：一方面，获得高效率的稀土基上转换纳米材料；另一方面，优化微
腔制备工艺，获得高品质因子（Q）的稀土基耳语回廊模微腔，以提高泵浦效
率、降低损耗和发光阈值，最终获得连续光泵浦的稀土基上转换激光器件。
本研究选用热稳定性高、声子能量低、机械性能良好和折射系数高的NaYF4
为稀土掺杂的基质材料，通过多壳层结构构建，将敏化剂和活化剂离子有效地
限制在不同壳层中，可以有效的降低非辐射复合损耗，抑制浓度猝灭效应，从
而使得稀土离子掺杂的纳米材料拥有相对不错的上转换效率。在此基础上，本
研究对制备的上转换纳米晶样品进行系统性表征，获得高度均一的
Yb3+/Tm3+/Gd3+离子复合掺杂的多壳层单晶上转换纳米材料，明确了
Yb3+→Tm3+→Gd3+→Gd3+能量介导传导机理，以及在475nm、450nm、361nm、
345nm、311nm处获得了高效的上转换发光。
以上述稀土纳米晶为光增益介质，本研究利用光纤熔接机回流的方法制备
稀土基WGM光学微球腔，并通过工艺参数优化，获得极高品质光学微球谐振
腔结构。其中，该工艺中无源微球腔Q值达到7.75×107，经过优化的稀土基微
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球腔的品质因子达到5×10。以商业化的980nm连续半导体激光器为泵浦源，
本研究对高Q值稀土基微球腔的激光性能进行了系统表征，获得了453nm和
474nm处低阈值蓝光激光出射。
本研究通过将稀土基上转换纳米晶与亚毫米级高品质因子光学谐振腔的
成功结合，在低功率、低成本的商业半导体激光器激发下，获得高效的上转换
激光输出，为其应用于光子器件，生物成像，发光探针等领域提供了可能。
关键词：稀土纳米晶；上转换激光；耳语回廊模谐振腔；高品质因子；多壳层
结构
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Abstract
Abstract
Rareearthionshavebeenpaidgreatattentioninluminescencefieldbecauseof
theirrelativelygoodanti-Stokesdisplacement,sharpemissionband,long
luminescencelifetimeandrichenergylevelstructure,andbecomeoneofthe
researchtopicsinrelatedfieldsnowadays.Inthiswork,asubmillimeterwhispering
corridormode(WGM)resonatorwithhighqualityfactorwasconstructedusing
rare-earthupconvertednanocrystalsasopticalgainmedium.Thelaseroutputwas
obtainedbycontinuousopticalpumpingunderlowpowernearinfraredlight
pumpi