稀土掺杂纳米晶材料的偏振上转换发光在多维度信息传输、偏振3D显示技术和高分辨率成像等方面具有重要的应用价值。目前偏振上转换发光主要在几百纳米或者微米尺度的稀土掺杂晶体里通过基质晶体严格的各向异性晶体场来实现。但是当晶体尺寸降低到目前广泛研究和应用的几十纳米尺度时，由于纳米材料的量子尺寸效应其基质晶体的各向异性晶体场发生严重畸变，因而无法实现偏振发光特性。利用贵金属纳米材料的表面等离子体共振效应来调控稀土掺杂纳米晶材料的上转换发光的偏振态是一种有效的途径。我们利用在金纳米薄膜上制备的长方形纳米槽阵列结构对Yb3+和Er3+离子掺杂的NaYF4纳米晶660nm的上转换发光的偏振态进行了选择性调控。长方形金纳米槽阵列结构具有偏振光学响应，通过调节其长度可使其沿槽短轴方向的等离子体共振与纳米晶660nm的上转换发光波长匹配。稀土掺杂纳米晶本身不具有偏振上转换发光特性，当与金纳米槽阵列结构耦合后纳米晶的整体上转换发光在激发激光的偏振方向垂直和平行于槽长轴时出现极大和极小，而当固定激发激光的偏振方向时纳米晶660nm的上转换发射具有最大约80%的线偏振度，而550nm的上转换发光的线偏振度则只有20%，从而实现了对纳米晶上转换发光偏振态的选择性调控，实验结果与对纳米槽阵列结构基于有限差分时域方法的电场和光谱理论模拟结果一致。相关研究结果发表在 J. Phys. Chem. C 122, 15666(2018)。
图1 (a)金纳米槽阵列的SEM图像，插图为AFM图像及其上的纳米晶的线分析；(b)金纳米槽阵列构的消光光谱及纳米晶的上转换发光光谱。
图2 (a)不同激发光偏振方向下的上转换发射光谱；(b)归一化上转换发光强度依赖于激发光偏振角度的极图；(c)和(d)激发光偏振分别垂直和平行于纳米槽长轴时550和660 nm归一化上转换发光强度于不同发射偏振方向下的极图。
