来源：ACS Publications
镧系元素掺杂发光纳米晶已成为一类强大的纳米级发射器，与传统荧光团（如有机染料和量子点）相比具有明显的优势。这些特性包括尖锐、可调的发射带、较大的反斯托克斯偏移、出色的光稳定性和超长的发光寿命。此外，镧系元素离子丰富的能级结构可实现多样化和可编程的能量转移路径，使其成为高级纳米光子应用的理想选择，包括多模态传感、超分辨成像 /X射线成像 /室温超荧光 /和光开关设备。其中，发光寿命已被证明是光学多路复用和时间分辨成像的重要维度。然而，目前定制镧系元素发光寿命的策略受到准静态材料配置的限制，例如掺杂剂浓度调整、表面钝化或能量转移工程 /和局部环境调制。虽然有效，但这些策略缺乏实时或可重构光学系统所需的灵活性，因为对发光行为的动态控制要求越来越高。
动态寿命控制的另一种途径是交叉弛豫 （CR），这是一种基本的离子间能量交换过程。例如，CR 已被证明在高阶光学非线性中具有很大的效用（例如，高掺杂 Tm3+或 Nd3+ 中的光子雪崩系统）、定向能量迁移（例如 Pr3+或 Yb3+系统）、反斯托克斯激光（例如 Er3+/CE3+配对）、以及通过 Nd3+ 中的集体偶极子振荡实现室温上转换超荧光集群。虽然 CR 促进了中间水平的种群积累，但它也可以作为更高能量发射状态的竞争性种群减少通道。使其成为控制发光动力学的高度可调机制。尽管对于给定的材料和环境，固有的 CR 速率常数是固定的，但参与 CR 的能级的种群可以从外部进行调制。特别是，光激发参数，如脉冲持续时间和峰值强度，可以实时重塑基态和中间态的占据，从而调整 CR 效率，进而在不改变材料本身的情况下调制发光寿命。这开辟了一个强大的新范式：通过激发驱动的种群工程对镧系元素衰变动力学进行按需、全光学控制。
原则上，光泵浦从基态 （E0） 转换为激发态级联 （E1、 E2、 E3...).在高度掺杂镧系元素的系统中，升高的离子浓度有助于掺杂剂之间实现高效的 CR，从而实现 E 的快速填充1同时消耗 E0 。这种效应在更强的激发下变得更加明显，无论是通过更长的脉冲持续时间还是更高的峰值强度。在这种制度下，E0总体削弱了 E 之间的 CR2和 E0，减缓 E 的种群减少2从而延长其发光寿命。相比之下，E1用 E 增强 CR3，加速了后者的种群减少并缩短了其排放寿命。这些动力学表明，在高掺杂镧系元素纳米晶体中，CR 对激发通量变得敏感，从而能够对发射衰减动力学进行纯光学按需调制。