Detecção óptica estreita de 1550 nm baseada em emissão de conversão ascendente aprimorada por plasma

ZHOU Boming ,  

QIN Zisheng ,  

WANG Shuhuan ,  

YANG Zongyuan ,  

JIANG Weiyao ,  

ZHAO Heran ,  

CAO Peng ,  

BAO Minjie ,  

CHENG Huining ,  

JI Yanan ,  

摘要

A tecnologia de detecção no infravermelho próximo (NIR) desempenha um papel importante em aplicações militares, de comunicação e industriais, e a enorme demanda de mercado impulsionou o rápido desenvolvimento dos fotodetectores NIR (PDs). As nanopartículas de conversão ascendente dopadas com terras raras (UCNPs), que possuem características de bombeamento de dois ou múltiplos fótons, podem converter fótons NIR em fótons visíveis ou ultravioleta, que são absorvidos por semicondutores com bandgap mais amplo, possibilitando a fabricação de PDs de conversão ascendente de alto desempenho. No entanto, a realização de PDs de conversão ascendente de banda estreita NIR ainda enfrenta algumas dificuldades, como a baixa eficiência quântica de fluorescência dos íons de terras raras e a necessidade de um limiar de bombeamento alto para obter emissão detectável. Neste trabalho, utilizamos UCNPs NaYF4∶4%Er em combinação com uma camada semicondutora de perovskita para alcançar PDs de conversão ascendente de banda estreita a 1550 nm. A emissão de conversão ascendente das UCNPs foi aprimorada por uma camada de nanobarras de prata (Ag NRs) com efeito de ressonância plasmônica de superfície localizada, reduzindo assim o limiar de bombeamento dos PDs. A responsividade (R) e detectividade (D*) máximas dos PDs baseados na estrutura composta Ag NRs/NaYF4∶4%Er UCNPs/MAPbI3 foram aproximadamente 48,5 mA/W e 5,7×108 Jones, respectivamente. Em comparação com os PDs puros UCNP/MAPbI3, R e D* aumentaram em uma ordem de magnitude. Desenvolvemos com sucesso uma estratégia simples para fabricar PDs de banda estreita estáveis no infravermelho próximo.

关键词

emissão de conversão ascendente;ressonância plasmônica de superfície localizada;modulação do campo local;fotodetector estreito no infravermelho próximo

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