Abstract

In this Letter, CeO2: Er3+, Tm3+, Yb3+ inverse opal with near-infrared to near-infrared upconversion emission was prepared by polystyrene colloidal crystal templates, and the influence of photonic bandgap on the upconversion emission was investigated. Comparing with the reference sample, suppression of the blue or red upconversion luminescence was observed in the inverse opals. It is interesting that the near-infrared upconversion emission located at about 803 nm was enhanced due to the inhibition of visible upconversion emission in the inverse opals. Additionally, the variety of upconversion emission mechanisms was observed and discussed in the CeO2: Er3+,Tm3+, Yb3+ inverse opals.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. F. Auzel, Chem. Rev. 104, 139 (2004).
    [CrossRef]
  2. F. Wang and X. G. Liu, Chem. Soc. Rev. 38, 976 (2009).
    [CrossRef]
  3. R. Kapoor, C. S. Friend, A. Biswas, and P. N. Prasad, Opt. Lett. 25, 338 (2000).
    [CrossRef]
  4. F. Wang and X. G. Liu, J. Am. Chem. Soc. 130, 5642 (2008).
    [CrossRef]
  5. R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
    [CrossRef]
  6. I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
    [CrossRef]
  7. S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).
  8. F. Kim, J. H. Song, and P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 124, 14316 (2002).
    [CrossRef]
  9. S. Sivakumar, P. R. Diamente, and F. C. van Veggel, Chem. Eur. J. 12, 5878 (2006).
    [CrossRef]
  10. Z. Q. Li, Y. Zhang, and S. Jiang, Adv. Mater. 20, 4765 (2008).
    [CrossRef]
  11. E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
    [CrossRef]
  12. S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
    [CrossRef]
  13. A. Mihi, F. J. Lopez-Alcaraz, and H. Miguez, Appl. Phys. Lett. 88, 193110 (2006).
    [CrossRef]
  14. J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
    [CrossRef]
  15. M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).
  16. P. Markowicz, C. Friend, Y. Z. Shen, J. Swiatkiewicz, P. N. Prasad, O. Toader, S. John, and R. W. Boyd, Opt. Lett. 27, 351 (2002).
    [CrossRef]
  17. P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
    [CrossRef]
  18. M. Megens, J. E. G. J. Wijnhoven, A. Lagendijk, and W. L. Vos, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1403 (1999).
    [CrossRef]
  19. G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
    [CrossRef]
  20. M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).
  21. L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
    [CrossRef]

2012 (1)

L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
[CrossRef]

2010 (1)

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

2009 (2)

F. Wang and X. G. Liu, Chem. Soc. Rev. 38, 976 (2009).
[CrossRef]

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

2008 (3)

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

F. Wang and X. G. Liu, J. Am. Chem. Soc. 130, 5642 (2008).
[CrossRef]

Z. Q. Li, Y. Zhang, and S. Jiang, Adv. Mater. 20, 4765 (2008).
[CrossRef]

2007 (3)

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
[CrossRef]

2006 (2)

A. Mihi, F. J. Lopez-Alcaraz, and H. Miguez, Appl. Phys. Lett. 88, 193110 (2006).
[CrossRef]

S. Sivakumar, P. R. Diamente, and F. C. van Veggel, Chem. Eur. J. 12, 5878 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

F. Auzel, Chem. Rev. 104, 139 (2004).
[CrossRef]

2002 (2)

2001 (1)

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

1999 (1)

1987 (2)

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef]

S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
[CrossRef]

Almeida, R. M.

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

Auzel, F.

F. Auzel, Chem. Rev. 104, 139 (2004).
[CrossRef]

Bhaktha, S.

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

Biswas, A.

Boyd, R. W.

Cao, Y.

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

Chen, G. Y.

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

Chen, J. I. L.

J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
[CrossRef]

Chiappini, A.

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

Chiasera, A.

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

Cordoncillo, E.

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

Diamente, P. R.

S. Sivakumar, P. R. Diamente, and F. C. van Veggel, Chem. Eur. J. 12, 5878 (2006).
[CrossRef]

Diaz, A.

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Escribano, P.

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

Ferrari, M.

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

Fortes, L. M.

L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
[CrossRef]

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

Friend, C.

Friend, C. S.

Goldman, E. R.

I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
[CrossRef]

Goncalves, M. C.

L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
[CrossRef]

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

Jiang, S.

Z. Q. Li, Y. Zhang, and S. Jiang, Adv. Mater. 20, 4765 (2008).
[CrossRef]

Jin, R.

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

John, S.

Julian-Lopez, B.

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

Kapoor, R.

Kelly, K. L.

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

Khoo, I. C.

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Kim, F.

F. Kim, J. H. Song, and P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 124, 14316 (2002).
[CrossRef]

Kitaev, V.

J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
[CrossRef]

Kubo, S.

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Lagendijk, A.

Li, Y. G.

L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
[CrossRef]

Li, Z. Q.

Z. Q. Li, Y. Zhang, and S. Jiang, Adv. Mater. 20, 4765 (2008).
[CrossRef]

Liang, H. J.

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

Liu, H. C.

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

Liu, X. G.

F. Wang and X. G. Liu, Chem. Soc. Rev. 38, 976 (2009).
[CrossRef]

F. Wang and X. G. Liu, J. Am. Chem. Soc. 130, 5642 (2008).
[CrossRef]

Lopez-Alcaraz, F. J.

A. Mihi, F. J. Lopez-Alcaraz, and H. Miguez, Appl. Phys. Lett. 88, 193110 (2006).
[CrossRef]

Mallouk, T. E.

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Markowicz, P.

Mattoussi, H.

I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
[CrossRef]

Mayer, T. S.

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Medintz, I. L.

I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
[CrossRef]

Megens, M.

Miguez, H.

A. Mihi, F. J. Lopez-Alcaraz, and H. Miguez, Appl. Phys. Lett. 88, 193110 (2006).
[CrossRef]

Mihi, A.

A. Mihi, F. J. Lopez-Alcaraz, and H. Miguez, Appl. Phys. Lett. 88, 193110 (2006).
[CrossRef]

Mirkin, C. A.

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

Ozin, G. A.

J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
[CrossRef]

Planelles-Arago, J.

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

Prasad, P. N.

Refega, R.

L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
[CrossRef]

Sanchez, C.

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

Shatz, G. C.

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

Shen, Y. Z.

Sivakumar, S.

S. Sivakumar, P. R. Diamente, and F. C. van Veggel, Chem. Eur. J. 12, 5878 (2006).
[CrossRef]

Somesfalean, G.

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

Song, J. H.

F. Kim, J. H. Song, and P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 124, 14316 (2002).
[CrossRef]

Swiatkiewicz, J.

Tang, Y.

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Toader, O.

Uyeda, H. T.

I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
[CrossRef]

van Veggel, F. C.

S. Sivakumar, P. R. Diamente, and F. C. van Veggel, Chem. Eur. J. 12, 5878 (2006).
[CrossRef]

Viana, B.

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

von Freymann, G.

J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
[CrossRef]

Vos, W. L.

Wang, F.

F. Wang and X. G. Liu, Chem. Soc. Rev. 38, 976 (2009).
[CrossRef]

F. Wang and X. G. Liu, J. Am. Chem. Soc. 130, 5642 (2008).
[CrossRef]

Wijnhoven, J. E. G. J.

Yablonovitch, E.

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef]

Yang, P.

F. Kim, J. H. Song, and P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 124, 14316 (2002).
[CrossRef]

Zhang, Y.

Z. Q. Li, Y. Zhang, and S. Jiang, Adv. Mater. 20, 4765 (2008).
[CrossRef]

Zhang, Z. G.

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

Zheng, J.

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

Adv. Mater. (1)

Z. Q. Li, Y. Zhang, and S. Jiang, Adv. Mater. 20, 4765 (2008).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

A. Mihi, F. J. Lopez-Alcaraz, and H. Miguez, Appl. Phys. Lett. 88, 193110 (2006).
[CrossRef]

Chem. Eur. J. (1)

S. Sivakumar, P. R. Diamente, and F. C. van Veggel, Chem. Eur. J. 12, 5878 (2006).
[CrossRef]

Chem. Rev. (1)

F. Auzel, Chem. Rev. 104, 139 (2004).
[CrossRef]

Chem. Soc. Rev. (1)

F. Wang and X. G. Liu, Chem. Soc. Rev. 38, 976 (2009).
[CrossRef]

J. Am. Chem. Soc. (3)

J. I. L. Chen, G. von Freymann, V. Kitaev, and G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 129, 1196 (2007).
[CrossRef]

F. Kim, J. H. Song, and P. Yang, J. Am. Chem. Soc. 124, 14316 (2002).
[CrossRef]

F. Wang and X. G. Liu, J. Am. Chem. Soc. 130, 5642 (2008).
[CrossRef]

J. Mater. Chem. (1)

P. Escribano, B. Julian-Lopez, J. Planelles-Arago, E. Cordoncillo, B. Viana, and C. Sanchez, J. Mater. Chem. 18, 23 (2007).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

J. Phys. Chem. C (1)

G. Y. Chen, H. C. Liu, H. J. Liang, G. Somesfalean, and Z. G. Zhang, J. Phys. Chem. C 112, 12030 (2008).
[CrossRef]

J. Sol-Gel Sci. Technol. (1)

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, M. Ferrari, and S. Bhaktha, J. Sol-Gel Sci. Technol. 55, 52 (2010).

Nano Lett. (1)

S. Kubo, A. Diaz, Y. Tang, T. S. Mayer, I. C. Khoo, and T. E. Mallouk, Nano Lett. 7, 3418 (2007).

Nat. Mater. (1)

I. L. Medintz, H. T. Uyeda, E. R. Goldman, and H. Mattoussi, Nat. Mater. 4, 435 (2005).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Opt. Mater. (2)

M. C. Goncalves, L. M. Fortes, R. M. Almeida, A. Chiasera, A. Chiappini, and M. Ferrari, Opt. Mater. 31, 1315 (2009).

L. M. Fortes, Y. G. Li, R. Refega, and M. C. Goncalves, Opt. Mater. 34, 1441 (2012).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
[CrossRef]

S. John, Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
[CrossRef]

Science (1)

R. Jin, Y. Cao, C. A. Mirkin, K. L. Kelly, G. C. Shatz, and J. Zheng, Science 294, 1901 (2001).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

SEM images of templates of (a) 370 and (b) 460 nm in diameter and the corresponding inverse opal (d) IPC-1 and (e) IPC-2. SEM images of the (c) disordered template and (f) RS sample.

Fig. 2.
Fig. 2.

XRD patterns of (a) IPC-1, (b) IPC-2, and (c) the corresponding standard cards no. 01–0800.

Fig. 3.
Fig. 3.

Transmittance spectra of IPC-1, IPC-2, and RS sample.

Fig. 4.
Fig. 4.

Upconversion emission spectra of (a) IPC-1 and RS sample, (b) IPC-2 and RS sample.

Fig. 5.
Fig. 5.

Dependence of the blue, green, red, and near-infrared UC emission intensity on the pump power (1.1–1.5 W) for (a) IPC-1, (b) IPC-2, and (c) RS sample.

Fig. 6.
Fig. 6.

Energy level diagrams of Er3+, Tm3+, Yb3+ ions and the UC emission mechanism.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

λ=1.633D(neff2sin2θ)1/2,
neff2=nCeO22fCeO2+nair2(1fCeO2),

Metrics