Слабая связь между светом и веществом в фотонных кристаллах на основе пористого кремния приводит к усилению флуоресценции квантовых точек при двухфотонном возбуждении

В настоящее время разработка оптических и, в частности, фотолюминесцентных (ФЛ) сенсоров приобретает все большее значение благодаря их универсальности, селективности и высокой чувствительности, обеспечивающих их широкое применение на практике. Повышение эффективности существующих ФЛ-сенсоров может быть достигнуто за счет использования ФЛ наноматериалов и гибридных наноструктур. При этом, для биологических применений ФЛ-сенсоров крайне актуальным является возбуждение ФЛ в ближней инфракрасной (БИК) области оптического спектра, что позволяет исключить эффект аутофлуоресценции биомолекул и обеспечить более глубокое проникновение излучения в биологические ткани. В настоящей работе изучены изменения спектральных и кинетических параметров ФЛ при двухфотонном возбуждении полупроводниковых квантовых точек (КТ), внедренных в одномерный фотонный кристалл – микрорезонатор на основе пористого кремния. Показано, что образование слабой связи между экситонным переходом в КТ и собственной модой микрорезонатора приводит к усилению ФЛ КТ. Важно, что при помещении в матрицу пористого кремния КТ сохраняют достаточный уровень сечения двухфотонного поглощения, который позволяет эффективно возбуждать их экситонные состояния вплоть до выхода на насыщение, при этом не достигая мощностей, приводящих к фото-термическому разрушению структуры пористого кремния и исчезновению эффекта слабой связи. При этом продемонстрировано 4.3-кратное увеличение скорости излучательной рекомбинации при двухфотонном возбуждении системы КТ-микрорезонатор, а также показано, что это увеличение обусловлено эффектом Парселла. Таким образом, созданные микрорезонаторы на основе одномерных кристаллов из пористого кремния позволяют управлять квантовым выходом ФЛ квантовых точек при двухфотонном возбуждении, что открывает перспективы для разработки новых ФЛ-сенсоров на основе КТ, функционирующих в БИК-области оптического спектра.