稀土掺杂上转换发光材料吸收红外光转换为可见光，由于其独特的反斯托克斯发光特性，化学稳定性高、所发射的荧光谱带窄、荧光背景干扰低等优点非常适用于防伪领域。但是，特定激发波长下的单调发光颜色导致这些材料的编码空间较小，无法满足大数据量的存储需求。实现更多颜色可调的上转换发射来提供高密度和复杂的数据编码信息是一个亟需解决的问题。
燕山大学刘世民教授课题组提出了一种通过材料设计，获得外部双波长激发与掺杂稀土离子浓度调节相结合来实现多种颜色发射的策略。在980nm和1550nm激光器共同激发的协同效应下，可以通过改变激光器的功率来操纵电子的跃迁过程，从而实现不同的发射颜色，这种操纵方法简单方便而不需要额外的引入其他的外部刺激条件。相关结果以题目“Dual-Wavelength Responsive Broad Range Multicolor Upconversion Luminescence for High-Capacity Photonic Barcodes”发表在Advanced Optical Materials上。博士研究生英伟涛为第一作者，燕山大学材料科学与工程学院刘世民教授和环境与化学工程学院谷建民副教授为该论文的共同通讯作者。该项目得到了国家自然科学基金委的支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202100197
由于激光器功率的灵活调整，可以获得更加细致的发射颜色变化。此外，在双波长激发的基础上，通过调节Yb3+离子的掺杂浓度基于能量反向传递过程可以进一步扩展多色发射的范围，从而实现了从绿色到红色区域的宽范围且精细的颜色调控。以获得的大量上转换发射光谱的发光峰位置和发光强度信息为识别代码设计了一种用于高级防伪的光子条形码。发射光谱中发光峰位置和发光峰强度来确定条形码中各个条码的位置和宽度，随机选择几组发射光谱对应的子条形码进行组合便可得到完整的条形码。
基于双波长响应特性，产生的大量光谱信息所对应的子条形码可以进一步排序，构建出一个远大于普通的条形码数据库，最多可提供高达上百万种编码组合。这些结果为提升高级防伪技术水平提供了全新的理论依据和技术支撑。这项技术已经申报国家发明专利，专利申请号：202110447186.5。
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