廈門大學物理系李艾華副教授與研究生高林爍取得鑭系發光增強領域重要進展，成果以「Ag-cap-enhanced upconversion luminescence of micropillars with unidirectional radiation」為題發表於Optica旗艦期刊《Opticaillars with unidirectional radiation》。

鑭系（Ln3+）轉換發光（UCL）對醫學、感測、顯示、雷射、固體雷射冷卻、發光開關、太陽能電池等都有優秀應用前景，但UCL效率普遍不高，尤其低功率觸發，加上4f-4f受迫電偶極躍遷的吸收截面極小，兩者導致發光亮度難滿足應用，成為UCL瓶頸。

為提高UCL亮度，學界製造各種微／納諧振振結構，透過與發射共振放大輻射（Purcell效應）或與吸收共振增強激發（局域場增強效應），迄今較大UCL增強均使用發光不佳的奈米晶，發光較佳的微米晶僅增強數倍。

Fig.1 (ad)結構示意圖，分別將MP定位在玻璃(a)、碳膜TEM網(b)、銀膜(c)及銀帽(d)。(eh)實驗採集到對應轉換發光圖。(il)數值計算所得觸發電場分佈圖。

李艾華團隊以垂直向上β-NaYF4:Yb3+,Er3+六棱微柱為模版，取得三種易製備UCL增強結構，自構型微腔易製作，方便擴展。銀帽中發光增強隨微柱直徑的劇烈起伏說明自構型微腔有良好品質因子，對微晶UCL最大增強43倍。模擬計算各種結構觸發場分佈圖與實驗捕捉到的發光圖一致，暗示觸發增強是UCL增強的主因，不同於發射雷射時普遍輻射增強。此外，遠場分析顯示銀帽中微柱達到定向發射。

Fig.2 銀帽增強結構的定向發射與參考結構的雙向發射對比。

此次為利用諧振模式增強UCL提供新研究範例，建構等離激元增強自構型微腔是研究光與物質相互作用的有效平台，也為低閾值雷射研發提供候選。輻射角明顯縮小的單向發射對後續光收集、與外部光學元件耦合均十分有利。

研究由李艾華副教授指導完成，物理系2021級碩士研究生高林爍為論文第一作者，課題組其他研究生也有參與，廈門大學物理學系為唯一單位。所有作者一併感謝與孫志軍老師的討論，並國家自然科學基金項目（11504307）資助。（資料來源：廈門大學）