Les matériaux de conversion ascendante se réfèrent à des substances ou des composés qui ont la capacité de convertir des photons à faible énergie (généralement infrarouge ou à proximité) en photons d’énergie plus élevée (lumière visible ou ultraviolette) grâce à un processus optique non linéaire. Ce processus consiste à absorber deux photons à faible énergie ou plus et à émettre un seul photon avec une énergie plus élevée. Les matériaux de conversion ascendant sont souvent constitués d’ions de terres rares dopés dans des matériaux hôtes comme les cristaux ou les nanoparticules, où les niveaux d’énergie et les transitions électroniques permettent une conversion efficace de photons.
La contournement supérieur est utilisée pour diverses applications dans tous les domaines tels que l’optique, la photonique et les sciences biomédicales. En optique et en photonique, les matériaux de conversion ascendante sont utilisés pour convertir la lumière infrarouge en lumière visible, permettant une sensibilité accrue des systèmes d’imagerie et de détection qui fonctionnent dans le spectre proche infrarouge. Dans les applications biomédicales, une conversion ascendante est utilisée pour la bioimagerie, où elle permet une pénétration des tissus plus profonde et une réduction de l’autofluorescence par rapport aux techniques d’imagerie de fluorescence conventionnelles. La conversion ascendant trouve également l’utilisation dans le photovoltaïque pour améliorer l’efficacité des cellules solaires en récoltant la lumière infrarouge que les matériaux conventionnels ne peuvent pas absorber.
Les matériaux utilisés dans la conversion à la hausse des photons comprennent généralement des éléments de terres rares tels que l’erbium (ER), le ytterbium (YB) et le thulium (TM), dopés dans des matrices d’hôtes telles que l’oxyde d’yttrium (Y2O3), le fluorure de sodium en yttrium (Nayf4), ou tout autre aptitude formes cristallines ou nanoparticules. Ces matériaux sont choisis pour leur capacité à absorber plusieurs photons à faible énergie et à émettre efficacement des photons à plus haute énergie. La concentration de dopage, la structure cristalline et la longueur d’onde d’excitation sont des paramètres critiques qui influencent l’efficacité de la conversion positive et les caractéristiques spectrales de ces matériaux.
La conversion ascendante et la conversion des bas se réfèrent aux processus où la fréquence (et donc l’énergie) des photons est soit augmentée (conversion ascendante) ou diminué (conversion des bas). Dans la conversion ascendante, les photons à faible énergie sont absorbés et combinés pour émettre un seul photon avec une énergie plus élevée, généralement dans la plage visible ou ultraviolette. Ce processus est non linéaire et nécessite des niveaux d’énergie et des transitions spécifiques dans le matériau. La conversion inférieure, en revanche, implique de convertir des photons d’énergie plus élevés en produits à faible énergie, souvent pour des applications telles que les matériaux de changement de longueur d’onde dans les lampes fluorescentes ou pour convertir la lumière ultraviolette en lumière visible dans les matériaux en phosphore.
Les nanoparticules de conversion ascendante pour les biocapteurs sont des nanoparticules intégrées avec des matériaux de conversion ascendante, conçues spécifiquement pour détecter et analyser les biomolécules dans des échantillons biologiques. Ces nanoparticules convertissent la lumière infrarouge ou proche infrarouge, qui pénètre plus efficacement les tissus biologiques que la lumière visible en lumière visible qui peut être facilement détectée et analysée. Les nanoparticules de conversion ascendant offrent des avantages tels qu’une sensibilité accrue, un bruit de fond réduit de l’autofluorescence et la capacité d’effectuer une détection multiplexée en utilisant différentes longueurs d’onde d’émission d’une seule source d’excitation. Ils sont utilisés dans diverses applications de biodétection, notamment la détection des biomarqueurs, la surveillance de l’administration de médicaments et l’imagerie moléculaire dans les organismes vivants.