上海如海光電科技有限公司
上轉(zhuǎn)換材料研究 —如海光電來助力
檢測樣品:上轉(zhuǎn)換材料
檢測項目:激光誘導熒光光譜
方案概述:LIFS980高度集成,輕巧便捷;高穩(wěn)定性;可以選配線陣、面陣、深制冷光譜儀,輸出功率支持0-500 mW調(diào)節(jié),方便科研人員測試上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在不同激發(fā)功率時的熒光發(fā)射光譜。檢測結(jié)果客觀準確,客戶可根據(jù)應(yīng)用需求選擇適合的產(chǎn)品。
上轉(zhuǎn)換材料研究
—如海光電來助力
一、研究背景
上轉(zhuǎn)換發(fā)光指材料吸收長波長的低能光而發(fā)射短波長的高能光的現(xiàn)象,被稱為反-斯托克斯發(fā)光。機理是發(fā)光中心吸收兩個或者多個長波長光子,后經(jīng)過無輻射弛豫到達激發(fā)態(tài),隨后再從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)的過程中,釋放出短波長的光子。上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程可按機制分為五種:①激發(fā)態(tài)吸收(ESA);②能量傳遞上轉(zhuǎn)換(ETU);③合作上轉(zhuǎn)換(CU);④能量遷移上轉(zhuǎn)換(EMU);⑤光子雪崩(PA)。圖1表示五種上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制的實現(xiàn)過程。
圖1 五種上轉(zhuǎn)換發(fā)光機制
光子上轉(zhuǎn)換是一種重要的非線性反斯托克斯發(fā)光現(xiàn)象,在太陽能電池、生物醫(yī)學成像、信息安全、溫度傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。稀土離子是一類理想的上轉(zhuǎn)換發(fā)光中心,可以實現(xiàn)發(fā)射波長精細可調(diào)、覆蓋近紅外-可見光-近紫外的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。
二、上轉(zhuǎn)換材料研究內(nèi)容
以太陽能電池應(yīng)用為例,上轉(zhuǎn)換材料可以將紅外光轉(zhuǎn)換成能量更高的紫外光和可見光,進而可以被半導體吸收,是拓展利用紅外光進行光催化的一種重要的手段。將上轉(zhuǎn)換材料與半導體材料復合是制備高效近紅外光催化材料簡單、有效的方法之一。上轉(zhuǎn)換材料熒光發(fā)射光譜是其性能的重要表征手段。在980 nm半導體激光器的激發(fā)下,Yb3+-Er3+共摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料可以在525、550 nm處發(fā)射綠色光,其發(fā)射峰對應(yīng)于2H11/2/4S3/2→4I15/2躍遷,其發(fā)射的紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光在660 nm處,對應(yīng)于4F9/2→4I15/2躍遷,如圖2所示。
圖2 Yb3+-Er3+/Yb3+-Tm3+共摻上轉(zhuǎn)換材料在980 nm激發(fā)下的發(fā)光譜
吳佳玲研究油酸酒精和檸檬酸鈉輔助下水熱合成的NaYF4: Yb3+/Tm3+的不同,在980 nm激發(fā)下測得的NaYF4: Yb3+/Tm3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜如圖3所示。由圖可知,NaYF4: Yb3+/Tm3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度,檸檬酸鈉法輔助制備的大于油酸酒精法輔助制備的;發(fā)光強度隨著Yb離子濃度的增大而增大。并且在其他條件相同的情況下,尺寸大的微晶體其熒光強度相對越大。
圖3 980 nm激發(fā)下NaYF4: Yb3+/Tm3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜
黃蕊通過測定980 nm激光激發(fā)下Er3+、Mn4+單摻雜,Er3+/Mn4+共摻雜NMGT熒光粉在500-800 nm范圍內(nèi)的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜,以及600 nm-800 nm范圍內(nèi)NMGT: 0.01Mn4+在455 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜,確定了樣品的最佳組成為NMGT: 0.08Er3+/0.06Yb3+/0.002Mn4+,如圖4所示。圖4中的插圖(a)進一步給出了在750 nm-900 nm區(qū)域內(nèi)NMGT: Er3+和 NMGT:Er3+/Mn4+的上轉(zhuǎn)換光譜。將980 nm激光器作為激發(fā)源,在NMGT: 0.08Er3+熒光粉中觀察到兩個位于544 nm和656 nm附近的強發(fā)射帶和一個以850 nm為中心的弱發(fā)射帶,這分別是由Er3+的2H11/2、4S3/2→4I15/2、4F9/2→4I15/2和4S3/2→2I13/2躍遷產(chǎn)生的。圖4中的插圖(b)呈現(xiàn)了摻雜不同濃度的Er3+時,Mn4+: 2E→4A2 躍遷對應(yīng)的發(fā)射帶的熒光強度的變化。Mn4+的發(fā)射強度隨Er3+含量的提高而增加,達到最大值時x=0.08。當Er3+摻雜含量大于0.08時,發(fā)射強度由于濃度猝滅而逐漸減小。
圖4 980 nm激發(fā)的NMGT: xEr3+/zMn4+(x=0,0.08;z=0,0.01)的上轉(zhuǎn)換光譜和455 nm激發(fā)下的NMGT: 0.01Mn4+的發(fā)射光譜,插圖(a)NMGT: Er3+在750 nm-900 nm區(qū)域的上轉(zhuǎn)換光譜(b)Mn4+的發(fā)射強度與Er3+濃度的關(guān)系
三、LIFS980 激光誘導熒光光譜儀
LIFS980高度集成,輕巧便捷;高穩(wěn)定性;可以選配線陣、面陣、深制冷光譜儀,輸出功率支持0-500 mW調(diào)節(jié),方便科研人員測試上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在不同激發(fā)功率時的熒光發(fā)射光譜。檢測結(jié)果客觀準確,客戶可根據(jù)應(yīng)用需求選擇適合的產(chǎn)品。
圖5 LIFS 980 nm激光誘導熒光光譜儀
產(chǎn)品型號 | LIFS980 |
探頭光纖配置 | 激發(fā)端:105 µm VIS-NIR 接收端:200 µm VIS-NIR |
光譜范圍 | 350~850nm |
波長分辨率 | <2nm@25μm slit |
激發(fā)波長 | 976±1nm,線寬≤0.2nm |
激光功率穩(wěn)定性 | ≤3% P-P(@2hrs) |
激光器壽命 | 10000hrs |
電源電壓 | 100-240V AC@50/60Hz |
輸出功率 | 0-500mW 可調(diào) |
濾光片激光截止深度 | OD8 |
探頭工作距離 | 7.5mm |
探頭尾纖長度 | ~1.5m |
工作溫度 | ~0~40℃ |
工作濕度 | 5~80% |
注:以上規(guī)格為標準配置,可根據(jù)客戶具體需求,提供定制產(chǎn)品。
參考文獻
Dong, Hao; Sun, Ling-Dong; Yan, Chun-Hua (2015). Energy transfer in lanthanide upconversion studies for extended optical applications. Chem. Soc. Rev. 44(6), 1608–1634. doi: 10.1039/C4CS00188E
吳佳玲.稀土離子摻雜的微晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性研究[J/OL].激光與光電子學進展:1-14.[2021-11-10].
黃蕊. 980 nm激發(fā)下稀土離子敏化的Mn4+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光[D].湘潭大學,2020.
相關(guān)產(chǎn)品清單
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