近中紅外熒光光譜系統(tǒng)
近中紅外具體指哪個(gè)波段？
紅外波，是電磁頻譜中的重要組成部分。相較于我們常說(shuō)的可見光波段，是人眼所無(wú)法看到的成分。紅外輻射覆蓋從700nm到1mm的范圍，常見地按照波段進(jìn)行區(qū)分，紅外分為以下幾個(gè)部分：近紅外（0.75-1.4μm）、短波紅外（1.4-3μm）、中紅外（3-8μm）、長(zhǎng)波紅外（8-15μm）、遠(yuǎn)紅外（15-1000μm），所以近中紅外區(qū)我們大致概括為700nm到8μm范圍。
紅外與電磁波譜的關(guān)系
波段 | 波長(zhǎng)范圍 | 應(yīng)用領(lǐng)域 |
近紅外 | 0.75 - 1.4μm | 材料科學(xué)、光纖通信，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 |
短波紅外 | 1.4 - 3μm | 電信和軍事應(yīng)用 |
中紅外 | 3 - 8μm | 化學(xué)工業(yè)和天文學(xué) |
長(zhǎng)波紅外 | 8 - 15μm | 天文望遠(yuǎn)鏡和光纖通信 |
遠(yuǎn)紅外 | 15 - 1000μm | 通常用于癌癥治療 |
不同紅外區(qū)的波段及應(yīng)用
近中紅外熒光材料的典型應(yīng)用——近中紅外激光晶體
Er:YAG和Cr,Er:YAG激光晶體棒的圖片
由于3μm中紅外波段激光在軍工領(lǐng)域、激光理療設(shè)備及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，稀土離子摻雜的固體激光材料因此得到廣泛關(guān)注及大量研究。
較早被研究的材料有基于808nm、980nm激光器激發(fā)的Er3+的2.7μm發(fā)射（4I11/2-4I13/2躍遷），隨著半導(dǎo)體激光器在短波長(zhǎng)逐漸成熟，衍生出了Ho3+離子摻雜的LiYF4，使用640nm的激光激發(fā)可產(chǎn)生1.2μm（5I6-5I8），2.0μm（5I7-5I8），2.8-3μm（5I5-5I7）均具有較強(qiáng)的熒光，再有硫系玻璃如Ho3+摻雜的Ge-Ga-S-CsI玻璃，在900nm激發(fā)下能夠發(fā)射2.81μm（5I6-5I7）和3.86μm（5I5-5I6）。
近中紅外客戶案例與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
1) 摻鉺微晶玻璃的中紅外熒光光譜
在眾多激光玻璃材料中，由于Er離子摻雜的氟化物玻璃具有較低的聲子能量、優(yōu)異的中紅外透過特性、較高的激光損傷閾值，因此它是目前實(shí)現(xiàn)2.7μm波段光纖激光器的候選材料并備受關(guān)注，其2.7μm波段發(fā)光源于Er3+離子的4I11/2-4I13/2躍遷。
采用卓立漢光中紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)組成：980nm激光器、Omni-λ5015i影像校正型紅外單色儀、紅外鍍金反射式樣品室、液氮制冷型InSb探測(cè)器（光譜響應(yīng)范圍1-5.5um）。
摻鉺中紅外熒光微晶玻璃
PL譜測(cè)試結(jié)果，發(fā)射峰在2.7μm左右。
2) 近中紅外熒光光譜系統(tǒng)
配置808nm，980nm激光器摻Er離子樣品發(fā)射在1550nm，2730nm左右。
3)近中紅外熒光光譜系統(tǒng)
PbS量子點(diǎn)ns壽命測(cè)量及時(shí)間分辨熒光光譜
碲酸鹽玻璃摻雜硫酸鋅
YAG:Er晶體
系統(tǒng)性能及指標(biāo) |
穩(wěn)態(tài)測(cè)試 | 發(fā)射光譜：1-5.5μm（選配探測(cè)器拓寬光譜范圍） |
瞬態(tài)測(cè)試 | 熒光壽命衰減尺度：μs-ms-s（需配置示波器，具體視激發(fā)光源而定） |
激發(fā)光源 |
連續(xù)激光 | 808nm、980nm、1064nm、1550nm、1940nm等 |
OPO可調(diào)諧激光器 | 可選輸出范圍：3000-3450nm，2700-3100nm，650-2400nm，410-2400nm，210-2400nm。重復(fù)頻率：20Hz，脈沖：≤6ns，mJ級(jí)別的單脈沖能量 |
納秒固體激光器 | 2940nm，1064nm，532nm等 |
光路切換 | 外置3路激光切換裝置，通過推拉裝置進(jìn)行光路切換，無(wú)需移動(dòng)或調(diào)整激光 |
樣品倉(cāng) |
結(jié)構(gòu) | 紅外專用鍍金反射式樣品倉(cāng)，帶兩個(gè)激光吸收阱，帶高通濾光片插槽 |
樣品架 | 標(biāo)配：液體、粉末、薄膜樣品架 |
光譜儀 |
光路結(jié)構(gòu) | Czerny-Turner（CT）光路設(shè)計(jì)，焦距：320mm，雜散光：1*10-5 |
光柵配置 | 配置三塊進(jìn)口光柵，尺寸：68mm×68mm |
光子計(jì)數(shù)型探測(cè)模塊 |
近紅外光電倍增管 | 950-1700nm，TE制冷型，制冷溫度：-60℃，最小有效面積? 1.6mm，增益：1×106，陽(yáng)極暗計(jì)數(shù)：2.5×105，陽(yáng)極脈沖上升時(shí)間：0.9ns |
近紅外光電倍增管 | 300-1700nm，液氮制冷型，制冷溫度：-80℃，最小有效面積3×8mm，增益：1×106，陽(yáng)極暗計(jì)數(shù)：2.5×105，陽(yáng)極脈沖上升時(shí)間：3ns |
單光子計(jì)數(shù)器 | 計(jì)數(shù)率：100Mcps，采樣速率：1MB/S，四通道模擬輸入：1-10V，通道數(shù)：10000 |
時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)器 | 計(jì)數(shù)率：100Mcps，分辨率：16/32/64/128/256/512/1024ps，通道數(shù)：65535 |
模擬信號(hào)型探測(cè)模塊 |
TE-InGaAs探測(cè)器 | 800-1700nm，TE制冷型，制冷溫度：-40℃，光敏面直徑：3mm，峰值響應(yīng)度：0.9 A/W，配置溫控器及前置放大器，溫度穩(wěn)定度：±0.5℃，信號(hào)輸出模式：電流 |
TE-InGaAs探測(cè)器 | 800-2600nm，TE制冷型，制冷溫度：-40℃，光敏面直徑：3mm，峰值響應(yīng)度：1.2 A/W，配置溫控器及前置放大器，溫度穩(wěn)定度：±0.5℃，信號(hào)輸出模式：電流 |
LN-InSb探測(cè)器 | 1-5.5μm，液氮制冷型，制冷溫度：77K，光敏面尺寸：?2mm，峰值響應(yīng)度：3A/W，配置前置放大器，信號(hào)輸出模式：電流 |
LN-MCT探測(cè)器 | 2-12μm（另有14μm、16μm、22μm選項(xiàng)），液氮制冷型，制冷溫度：77K，光敏面尺寸：1×1mm，峰值響應(yīng)度：3x103V/W，配置前置放大器，信號(hào)輸出模式：電壓 |
鎖相放大器 | 參考信號(hào)通道，頻率范圍：50mHz至102kHz，輸入阻抗：1MΩ/25pF，輸入信號(hào)類型：方波或正弦波，相位分辨率：0.01°，相位漂移：低于10kHz <0.1°/℃；高于10kHz：<0.5°/℃ |
斬波器 | 頻率范圍：標(biāo)配20~1KHz（ 10孔），30~1.5KHz（15孔），60~3KHz（30孔），TTL/COMS電平輸入輸出，頻率穩(wěn)定性：250ppm/℃，頻率漂移：<1%，輸入輸出連接器：BNC |
時(shí)序控制器 |
可編程延時(shí)發(fā)生器 | 脈沖通道個(gè)數(shù)：6個(gè)，一個(gè)T（時(shí)鐘基準(zhǔn)），其他為CH1-CH5，單個(gè)脈沖周期：最小值100ns（10MHz），最大值1s（1Hz），單個(gè)脈沖寬度：≥50ns，脈沖延遲：100ns-1s（基于T通道時(shí)鐘），脈沖輸出高電平：T，CH1-CH2：5±0.5V/20mA；CH3:4.5V±0.5V/100mA（適用于50Ω輸入阻抗外設(shè)）；CH4-CH5:3.3±0.5V/高阻，分辨率：1μs，上升時(shí)間：4-6ns |
電源：USB供電：5V/500mA，通訊接口：USB2.0，輸出接口：SMA |
示波器 |
示波器 | 模擬帶寬：500 MHz，通道數(shù)：4+ EXT，實(shí)時(shí)采樣率：5GSa/s(交織模式），2.5GSa/s(非交織模式)，存儲(chǔ)深度：250Mpts/ch(交織模式)，125 Mpts/ch(非交織模式) |
電腦及軟件 |
標(biāo)配電腦 | |
標(biāo)配操作系統(tǒng) | Windows系統(tǒng) |
Omni-Win控制軟件 | 穩(wěn)態(tài)測(cè)試功能：激發(fā)掃描，發(fā)射掃描，同步掃描，三維掃描 瞬態(tài)測(cè)試功能：動(dòng)力學(xué)掃描，壽命掃描，時(shí)間分辨光譜掃描 可選功能：溫度控制掃描 |
光學(xué)平臺(tái) | |
阻尼隔振光學(xué)平臺(tái) | 尺寸（L×W×H）：1500mm×1000mm×800mm |
阻尼隔振光學(xué)平臺(tái) | 尺寸（L×W×H）：1800mm×1200mm×800mm |
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參考文獻(xiàn)：
【1】Bin Yan etal, Optics Express, Vol. 29, No. 3
【2】Bo Hu etal, Science China-Information Sciences , August 2023, Vol. 66
【3】Shixun Dai etal, Journal of Non-Crystalline Solids 357 (2011) 2302–2305
【4】Beier Zhou etal，Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 149(2014)41–50
【5】Liangbi Su etal, OPTICS LETTERS , Vol. 36, No. 23, December 1, 2011
