級聯(lián)光子雪崩：光學成像技術(shù)的革命性突破

    在光學成像領(lǐng)域，一項由華南師范大學詹求強教授團隊研發(fā)的新技術(shù)——級聯(lián)遷移光子雪崩（cascade migrating photon avalanche, cMPA），正引領(lǐng)著一場技術(shù)革命。這項技術(shù)不僅在納米尺度和室溫條件下實現(xiàn)了全光譜的超高階非線性光子雪崩發(fā)射，而且在超分辨率顯微成像方面取得了令人矚目的成就。

    光子雪崩：光學非線性的新篇章

    光子雪崩（photon avalanche,PA）是一種獨特的上轉(zhuǎn)換熒光機制，它以其超高的光學非線性響應(yīng)在微納激光器、集成光子學、超分辨率傳感/成像/光刻等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，對于許多發(fā)光離子體系，尤其是那些基態(tài)與發(fā)射態(tài)能級間隙較大的鑭系離子，如鋱、銪、鏑、釤等，實現(xiàn)高階光學非線性的光子雪崩發(fā)射一直是一個挑戰(zhàn)。

    級聯(lián)遷移光子雪崩：創(chuàng)新策略

    詹求強教授團隊提出的“級聯(lián)遷移光子雪崩”策略，通過巧妙利用鐿和釓離子組成的亞晶格網(wǎng)絡(luò)，將雪崩能量放大并遷移至多種發(fā)光離子，成功解決了這一難題。這一策略的核心在于構(gòu)建一個有效的能量循環(huán)，確保電子在中間激發(fā)態(tài)的積累，最終引發(fā)發(fā)射強度的劇烈增強。

    實現(xiàn)超高階光學非線性

    通過合成多層核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒，研究團隊實現(xiàn)了國際上報道的最高63階光學非線性效應(yīng)。這種豐富的全光譜雪崩發(fā)射可以應(yīng)用于多色超分辨率顯微成像，僅需單束低功率連續(xù)852nm激光激發(fā)，即可實現(xiàn)高達48nm的分辨率，這是傳統(tǒng)激光掃描顯微鏡分辨率的五倍。

    超分辨率顯微成像技術(shù)

    基于級聯(lián)遷移光子雪崩的超高階非線性效應(yīng)，研究團隊開發(fā)了一種低功率、單光束激發(fā)的超分辨顯微成像技術(shù)。這種技術(shù)利用簡單的激光掃描顯微鏡在單納米顆粒成像中實現(xiàn)了48nm的超高分辨率，展現(xiàn)了卓越的光穩(wěn)定性，未出現(xiàn)光漂白或光暗化現(xiàn)象。

    多色超分辨顯微成像

    此外，研究團隊還演示了單激發(fā)光束下的多色超分辨顯微成像。通過調(diào)節(jié)激發(fā)功率并選擇性地檢測不同波長的熒光信號，能夠輕松分辨不同組分的納米顆粒，實現(xiàn)極簡光路系統(tǒng)下的多色超分辨顯微成像。

    級聯(lián)遷移光子雪崩技術(shù)的成功開發(fā)，不僅為設(shè)計下一代超高階光學非線性納米材料提供了新思路，而且有望促進微納激光器、超分辨率光傳感、光存儲和光刻等前沿領(lǐng)域的發(fā)展。這一技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，預示著光學成像技術(shù)將進入一個全新的時代。