用于光子能量上转换的介质制造技术

本发明专利技术涉及一种用于光子能量上转换的介质、含有所述介质的光子能量上转换装置以及所述介质的用途。本发明专利技术还涉及一种利用所述介质或所述装置进行光子能量上转换的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光子能量上转换的介质本专利技术涉及一种用于光子能量上转换的介质、含有所述介质的光子能量上转换装 置以及所述介质的用途。本专利技术还涉及一种利用所述介质或所述装置进行光子能量上转换 的方法。已经在许多系统中观察到，采用波长较长的光进行照射会发射出波长较 短的光。这种被称为“频率上转换”(frequency up-conversion)或简称为“上转 换”(up-conversion)的现象通常与得自脉冲激光的高光强相关。目前，业已认识到上转 换过程涉及若干较低激发态向单个较高激发态的能量转换，这种较高激发态然后能够发射 出具有较短波长(即较高能量)的光。已经描述了在固态形式(包括晶体)、薄膜形式和 纳米离子形式的多个无机体系中的这种过程。通常，在结晶体系中的上转换过程包括“敏 化”组分、“活化剂”组分和/或基质(晶体)组分。通常，基质被稀土离子共掺杂，其起 到“敏化剂”以及“活化剂”的作用。掺杂剂之一吸收低波长区域(通常为红外区域)，被 吸收的光子能量然后转移到另一掺杂剂(即活化剂离子)上，其在蓝光区域或绿光区域发 射(E. L. Falcao-Filho 等人，J. Appl. Phys 92，3065，(2002) ；Yoh Mita 等人，Appl. Phys. Lett. 62,802(1992) ；Trash 等人，Journal of OSA Bulletin 11,881(1994))。此外，已经 描述了多种结晶纳米离子，它们的组合分散在宿主基质中，从而形成薄膜。还已经表明，这 些结晶纳米离子能够进行能量上转换，该过程在各种纳米离子之间发生并且包括能量转移 步骤(参见美国专利US6，541，788)；或者结晶纳米离子作为其它掺杂剂(诸如Eu3+离子、 Tb3+离子、Tb3+离子、Ce3+离子等)的基质，而且这些掺杂剂在光线照射时能够提高纳米粒子 的荧光强度和量子效率。这些体系可能有益于构建激光材料、光伏器件等。然而，由于所包含的部件的性 质，它们的制造过程非常昂贵，此外不是特别适于制造例如大面积薄膜，也不特别适于在 柔性衬底上制造，而这两项要求对于制造商业上可用的光伏器件，诸如太阳能电池，特别有■、Λfrff. ο解决这个问题的一个途径是使用有机化合物替代无机化合物。这些有机上转换 体系都是基于直接的双光子或多光子激发和/或处于高振动态的分子向第一激发态的激 发，后一种过程有时也被称为“热波段吸收”(hot band absorption) 0在直接的(即自发 的)双光子激发中，上转换是具有较宽双光子吸收(TPA)截面的染料发生直接的双光子抽 运(pumping)的结果，该染料是溶液形式的或薄膜形式的(包括所谓的“固体”溶液，其中惰 性聚合物作为惰性基质，即固体“溶剂”)。这种惰性基质是惰性的，其无论如何都不会参与 上转换过程。业已描述了各种体系，正在研究具有更宽TPA截面的新型有机染料和TPA染 料，它们结合到聚合物分子上或者掺杂到聚合物基质中(美国专利US 5，912，257;美国专 利 US 6，555，682 ；美国专利 US 6，100，405 ；T. Kojei 等人 Chem. Phys. Lett. 298，1 (1998)； G. S. He 等人的 Appl. Phys. Lett 68,3549(1996) ；R. Schroeder 等人的 J. Phys. =Condens. Matter 13，L313 (2001) ；R. Schroder 等人的 J. Chem. Phys. 116，3449 (2001))。如果 TPA 染 料掺杂到聚合物基质中，那么该聚合物是不会参与上转换过程的惰性化合物。在上转换有助于热波段吸收，即有助于处于高振动状态的分子的激发的情况下，这个效应在一些情况下已被用于激光冷却物质(J.L.Clark等人的Phys Rev. Lett 76， 2037(1996))并且/或者作为光电器件的温度探针(J. M. Lupton, Appl. Phys. Lett 80， 186(2002))。有机化合物领域中，另一项研究区域是“光学限制器”领域。光学限制材料显示 非线性吸收特性。这是由于激发态的截面大于基态截面的现象。输入能量越大，被激发成 具有较宽截面的分子越多，从而导致吸收系数提高。已经报道了多种材料的基于这种非线 性吸收的在皮秒和纳秒时间尺度上的光学限制器，这些材料包括金属酞菁、吓啉和富勒烯， 还包括无机纳米粒子(Qureshi FM等人的Chem. Phys. 231,87(1998)以及其中引用的参考 文献；Sun等人的Int. Rev. Phys. Chem. 18(1)43(1999)以及其中引用的参考文献；W. Su, Τ. M. Cooper ；Chem. Mater. 10，1212 (1998) J. W. Perry 等人的 Science 273，1533 (1996)； K. A. Nguen 等人的 J. Chem. Phys. 118，5802 (2003))。在多种含有至少一个敏化剂组分和至少一个发射剂组分的双分子或多分子体系 中，已经表明光子能量上转换基于三线态-三线态湮灭过程发生(Baluschev等人的Angew. Chem. Int. Ed.，2007，46，1_5)。据称，上述光子能量上转换是固有地连接在一起的三个步 骤。第一个步骤是在敏化剂分子的系间跨越(ISC)，接着第二步骤，即敏化剂三线态到发射 剂三线态的激发转换(三线态-三线态转换，TTT)。第三个步骤是随后主要在发射剂分子 三线态之间的三线态-三线态湮灭过程(TTA)。业已观察到各种金属复合物(起到敏化剂 的作用)和不同发射剂分子中的有效三线态-三线态湮灭辅助的光子能量上转换。上述三 线态-三线态湮灭辅助的光子能量上转换的主要优点在于它与相干激发光无关。此外，这 种三线态-三线态湮灭辅助的光子能量上转换过程仅需要具有低强度(低至lOOmWcm—2)和 低光谱功率密度(低至125 μ W ηπΓ1)的激发光。 这些基于三线态_三线态湮灭辅助的光子能量上转换的研究已在溶液中进行。然而，已经证明上述有机体系中没有一个具有特别多样的用途，因为存在于相应 体系中的上转换材料具有固定特性，或者因为整个装置的复杂性质，这使得这些有机体系 基本上不能用在实际应用和装置中。此外，在一些情况下，尤其在基于无机组分的体系中， 上转换仅能在非常低的温度(_180°C)或更低的条件下诱发。而且，没有一种光学限制材料 被报道能独自地显示上转换行为。这种无机基体体系仅对高强度的单色激光(通常为kW/ cm2级)起作用，并且需要激发光源的光谱能量密度非常高(通常为WnnT1级)，此外它们具 有低效率(迄今为止仅对晶体粉末报道为约至最高4%，但它们仅对高强度具有效率) (Page等人，1998，J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 15，No. 3，996)。此外，迄今为止报道的体系仅具有 所用相应材料固有的发射特性，但不能影响所发射波长的比例。这种无机体系基于结晶材料，为了用在应用中，必须特别制备纳米晶体，然后将其 涂敷在薄膜上，或者将晶体研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光子能量上转换的介质，所述介质包含：至少两种组分和所述至少两种组分分布于其中的基质，其中，第一组分能够吸收在第一波长区域ｗ≤λ↓［１］≤ｘ的光，所述第一组分在所述介质中起到敏化剂的作用，并且其中，第二组分能够发射在第二波长区域ｙ≤λ↓［２］≤ｚ的光，所述第二组分在所述介质中起到发射组分的作用，其中λ↓［２］≤λ↓［１］，并且所述第一组分吸收在第一波长区域λ↓［１］的光时，所述发射组分发射在第二波长区域λ↓［２］的光，其中，所述第一组分和所述第二组分都是有机化合物，其中，所述第一组分和所述第二组分都分布在所述基质中，所述基质为固体、凝胶体或者粘度等于或高于０．５９×１０↑［－３］Ｐａ．ｓ的流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：特森卡米特瓦，格达福尔曼，加布里埃尔内尔斯，斯坦尼斯拉维布劳斥维，弗拉基米尔亚库肯，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]