La conversion ascendante est largement utilisée sur divers champs pour sa capacité à convertir les photons à faible énergie, généralement dans le spectre infrarouge ou proche infrarouge, en photons d’énergie plus élevés tels que la lumière visible ou ultraviolette. L’une des principales utilisations de la conversion ascendante est dans les applications d’imagerie et de détection biomédicales. En convertissant la lumière proche infrarouge en pénétrant profondément en lumière visible, la conversion ascendante permet une profondeur et une résolution d’imagerie améliorées dans les tissus biologiques. Cette capacité est cruciale pour les techniques d’imagerie non invasives, les diagnostics et les thérapies ciblées où une sensibilité élevée et une résolution spatiale sont nécessaires. De plus, la conversion ascendant est utilisée dans les télécommunications, le photovoltaïque et la surveillance environnementale pour la récolte de lumière et la transmission des données efficaces.
Les avantages de la conversion ascendant résident dans sa capacité à exploiter la lumière infrarouge, qui peut pénétrer les tissus et les matériaux plus efficacement que la lumière visible, et la convertir en photons d’énergie supérieure facilement détectables. Ce processus améliore la sensibilité et réduit le bruit de fond dans les applications d’imagerie et de détection. Les matériaux de conversion ascendante présentent également une photostabilité élevée, permettant un fonctionnement prolongé sans dégradation significative de l’intensité de la fluorescence. En outre, la conversion positive permet la détection multiplexée en réglant les longueurs d’onde d’émission des matériaux, permettant la détection simultanée de plusieurs cibles ou biomarqueurs dans des échantillons biologiques.
La principale différence entre la conversion croisée et la conversion des bas se trouve dans le sens de la conversion d’énergie des photons. La conversion ascendante consiste à convertir des photons à faible énergie (par exemple, infrarouge) en photons d’énergie plus élevée (par exemple, visibles ou ultraviolets) à travers un processus optique non linéaire. Ce processus nécessite généralement plusieurs absorptions de photons et étapes de transfert d’énergie dans le matériau. En revanche, la conversion inférieure convertit les photons d’énergie plus élevée en photons à faible énergie, tels que la conversion de la lumière ultraviolette en lumière visible dans les matériaux en phosphore ou les colorants fluorescents utilisés dans les affichages et l’éclairage. Des processus de conversion des bas sont également utilisés dans les tests basés sur la fluorescence et les techniques d’imagerie où la lumière émise est de plus faible énergie que la lumière d’excitation absorbée.
La conversion positive de la fluorescence fait référence à une technique spécifique où les matériaux de conversion ascendante sont utilisés pour convertir la lumière infrarouge en lumière visible ou ultraviolette, qui est ensuite détectée en utilisant des méthodes de détection basées sur la fluorescence. Dans cette technique, les nanoparticules ou les matériaux de conversion ascendant absorbent deux photons ou plus d’énergie inférieure (par exemple, proche infrarouge) et émettent un seul photon d’énergie plus élevée (par exemple, visible ou ultraviolet) avec des caractéristiques de fluorescence. Cela permet une détection et une imagerie sensibles dans les applications biologiques et médicales où une pénétration des tissus profonds et une résolution spatiale élevée sont nécessaires. La conversion positive à la fluorescence est avantageuse pour réduire l’autofluorescence et le bruit de fond par rapport aux techniques d’imagerie de fluorescence traditionnelles.
Le processus de conversion positive des photons implique plusieurs étapes dans les matériaux de conversion ascendante. Initialement, le matériau de conversion ascendant absorbe plusieurs photons d’énergie plus faible simultanément ou séquentiellement, des électrons excitants à des états d’énergie plus élevés dans la structure de la bande d’énergie du matériau. Ces électrons excités subissent ensuite des processus de relaxation non radiatifs pour atteindre les niveaux d’énergie intermédiaires avant d’émettre un seul photon avec une énergie plus élevée que les photons absorbés. Ce processus d’émission entraîne généralement une émission de fluorescence ou de phosphorescence à des longueurs d’onde spécifiques déterminées par la composition du matériau et les niveaux d’énergie. Les processus de conversion de photons sont non linéaires et dépendent d’une correspondance d’énergie précise entre les énergies photoniques et les bandes interdites de matériau pour réaliser une conversion et des émissions efficaces.
