Huge upconversion luminescence enhancement by a cascade optical field modulation strategy facilitating selective multispectral narrow-band near-infrared photodetection

材料科学 光电子学 光子上转换 光探测 等离子体子 光学 发光 光电探测器 调制(音乐) 物理 声学
作者
Yanan Ji,Wen Xu,Nan Ding,Haitao Yang,Hongwei Song,Qingyun Liu,Hans Ågren,Jerker Widengren,Haichun Liu
出处
期刊:Light-Science & Applications [Springer Nature]
卷期号:9 (1): 184-184 被引量:95
标识
DOI:10.1038/s41377-020-00418-0
摘要

Abstract Since selective detection of multiple narrow spectral bands in the near-infrared (NIR) region still poses a fundamental challenge, we have, in this work, developed NIR photodetectors (PDs) using photon upconversion nanocrystals (UCNCs) combined with perovskite films. To conquer the relatively high pumping threshold of UCNCs, we designed a novel cascade optical field modulation strategy to boost upconversion luminescence (UCL) by cascading the superlensing effect of dielectric microlens arrays and the plasmonic effect of gold nanorods, which readily leads to a UCL enhancement by more than four orders of magnitude under weak light irradiation. By accommodating multiple optically active lanthanide ions in a core-shell-shell hierarchical architecture, developed PDs on top of this structure can detect three well-separated narrow bands in the NIR region, i.e., those centered at 808, 980, and 1540 nm. Due to the large UCL enhancement, the obtained PDs demonstrate extremely high responsivities of 30.73, 23.15, and 12.20 A W −1 and detectivities of 5.36, 3.45, and 1.91 × 10 11 Jones for 808, 980, and 1540 nm light detection, respectively, together with short response times in the range of 80–120 ms. Moreover, we demonstrate for the first time that the response to the excitation modulation frequency of a PD can be employed to discriminate the incident light wavelength. We believe that our work provides novel insight for developing NIR PDs and that it can spur the development of other applications using upconversion nanotechnology.
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