[发明专利]发光光子结构、制造发光光子结构的方法和感测化学物质的方法

说明书

本发明公开一种发光光子结构(10)。所述发光光子结构(10)包含发光材料(14)，其在被波长处于所述发光材料(14)的激发波长光谱内的激发光(11)激发时，发射具有发光波长光谱的冷光。所述发光光子结构(10)包含设置在两个其它光子晶体(12，16)之间的光子晶体(14)。所述光子晶体(14)具有在所述发光波长光谱和所述激发波长光谱中的一个内的光子晶格周期。所述两个其它光子晶体(12，16)各自具有在所述发光波长光谱和所述激发波长光谱中的另一个内的光子晶格周期，以反射在所述光子晶体(12)内传播的激发光和冷光中的一个。本发明还公开一种制造发光光子结构的方法，和一种感测化学物质的方法。

技术领域

本公开总体涉及一种发光光子结构，一种制造发光光子结构的方法和一种感测化学物质的方法。

背景技术

信号强度和信噪比一般可以是分子和纳米粒子发光技术的重要考虑因素，其应用包括但不限于化学感测、生物化学感测、疾病诊断学和环境监测。

具有新特性的新颖光子结构可以应用于发光装置和光学电子中。举例来说，尽管发光二极管(light-emittingdiode，LED)和相关固态光源优选地可以优于白炽光和荧光，其可能难以工程改造具有应用所需的波长光谱的高效LED。当前，使用磷光体将LED的单个发光颜色转化成另一颜色或颜色混合物来产生例如白光。磷光体可以低效并且可以提供有限光谱整形。

光子晶体(Photonic crystal，PhC)是由不同介电材料组成的人造周期性结构，其中折射率随光波长的长度尺度变化。周期性介电对比度诱发电磁波(即光子带隙)的禁区，或部分带隙的禁带，其提供控制光的有效方式。

发明内容

本文公开一种发光光子结构。发光光子结构包含一种发光材料，其在被波长处于发光材料的激发波长光谱内的激发光激发时，发射具有发光波长光谱的冷光。发光光子结构包含设置在两个其它光子晶体之间的光子晶体。光子晶体具有在发光波长光谱和激发波长光谱中的一个内的光子晶格周期。两个其它光子晶体各自具有在发光波长光谱和激发波长光谱中的另一个内的光子晶格周期，以反射在光子晶体内传播的激发光和冷光中的一个。

在一个实施例中，光子晶体被配置成用于激发光的多光束相长干涉。选择光子晶体的厚度来支持激发光的多光束相长干涉。光子晶体的厚度满足T＝mλcosθ₂，其中m是整数，λ是激发光的波长，θ₁是激发光相对于光子晶体的法线的入射角，并且θ₁和θ₂满足其中n₁是两个其它光子晶体的折射率，并且n₂是光子晶体的折射率。θ₂是光子晶体中的折射角。

在一个实施例中，光子晶体的部分光子带隙与发光材料的发光发射光谱重叠。

在一个实施例中，发光材料包含光子晶体。发光材料可以包含两个其它光子晶体中的至少一个。

在一个实施例中，发光材料包含多个发光中心。多个发光中心可以在光子晶体内。多个发光中心可以在光子晶体和两个其它光子晶体内。多个发光中心可以包含多个荧光团。多个荧光团可以包含多个发光离子、多个发光分子、多个发光纳米粒子和多个上转换中心中的至少一个。多个发光离子可以包含多个镧系离子。多个发光分子可以包含多个激光染料分子。多个激光染料分子可以包含罗丹明B(Rhodamine B)。

在一个实施例中，发光材料包含发光染料和多个纳米粒子中的至少一个用于荧光能量转移(fluorescence energy transfer，FRET)。

在一个实施例中，发光材料包含荧光感测材料。荧光感测材料可以包含荧光化学感测材料。

在一个实施例中，多个荧光团包含适于感测化学物质的多个碳点。多个碳点可以包含多个官能化碳点。多个碳点可以包含多个有机硅烷官能化碳点。多个碳点可以包含多个汞离子敏感性碳点。