近中红外荧光光谱系统-zolix
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近中红外荧光光谱系统
近中红外具体指哪个波段？
红外波，是电磁频谱中的重要组成部分。相较于我们常说的可见光波段，是人眼所无法看到的成分。红外辐射覆盖从700nm到1mm的范围，常见地按照波段进行区分，红外分为以下几个部分：近红外（0.75-1.4μm）、短波红外（1.4-3μm）、中红外（3-8μm）、长波红外（8-15μm）、远红外（15-1000μm），所以近中红外区我们大致概括为700nm到8μm范围。
红外与电磁波谱的关系
波段 | 波长范围 | 应用领域 |
近红外 | 0.75 - 1.4μm | 材料科学、光纤通信，医学领域 |
短波红外 | 1.4 - 3μm | 电信和军事应用 |
中红外 | 3 - 8μm | 化学工业和天文学 |
长波红外 | 8 - 15μm | 天文望远镜和光纤通信 |
远红外 | 15 - 1000μm | 通常用于癌症治疗 |
不同红外区的波段及应用
近中红外荧光材料的典型应用——近中红外激光晶体
Er:YAG和Cr,Er:YAG激光晶体棒的图片
由于3μm中红外波段激光在军工领域、激光理疗设备及环境监测等领域有着重要的应用前景，稀土离子掺杂的固体激光材料因此得到广泛关注及大量研究。
较早被研究的材料有基于808nm、980nm激光器激发的Er3+的2.7μm发射（4I11/2-4I13/2跃迁），随着半导体激光器在短波长逐渐成熟，衍生出了Ho3+离子掺杂的LiYF4，使用640nm的激光激发可产生1.2μm（5I6-5I8），2.0μm（5I7-5I8），2.8-3μm（5I5-5I7）均具有较强的荧光，再有硫系玻璃如Ho3+掺杂的Ge-Ga-S-CsI玻璃，在900nm激发下能够发射2.81μm（5I6-5I7）和3.86μm（5I5-5I6）。
近中红外客户案例与实测数据
1) 掺铒微晶玻璃的中红外荧光光谱
在众多激光玻璃材料中，由于Er离子掺杂的氟化物玻璃具有较低的声子能量、优异的中红外透过特性、较高的激光损伤阈值，因此它是目前实现2.7μm波段光纤激光器的候选材料并备受关注，其2.7μm波段发光源于Er3+离子的4I11/2-4I13/2跃迁。
采用卓立汉光中红外荧光测试系统，系统组成：980nm激光器、Omni-λ5015i影像校正型红外单色仪、红外镀金反射式样品室、液氮制冷型InSb探测器（光谱响应范围1-5.5um）。
掺铒中红外荧光微晶玻璃
PL谱测试结果，发射峰在2.7μm左右。
2) 近中红外荧光光谱系统
配置808nm，980nm激光器掺Er离子样品发射在1550nm，2730nm左右。
3)近中红外荧光光谱系统
PbS量子点ns寿命测量及时间分辨荧光光谱
碲酸盐玻璃掺杂硫酸锌
YAG:Er晶体
系统性能及指标 | |
稳态测试 | 发射光谱：1-5.5μm（选配探测器拓宽光谱范围） |
瞬态测试 | 荧光寿命衰减尺度：μs-ms-s（需配置示波器，具体视激发光源而定） |
激发光源 | |
连续激光 | 808nm、980nm、1064nm、1550nm、1940nm等 |
OPO可调谐激光器 | 可选输出范围：3000-3450nm，2700-3100nm，650-2400nm，410-2400nm，210-2400nm。重复频率：20Hz，脉冲：≤6ns，mJ级别的单脉冲能量 |
纳秒固体激光器 | 2940nm，1064nm，532nm等 |
光路切换 | 外置3路激光切换装置，通过推拉装置进行光路切换，无需移动或调整激光 |
样品仓 | |
结构 | 红外专用镀金反射式样品仓，带两个激光吸收阱，带高通滤光片插槽 |
样品架 | 标配：液体、粉末、薄膜样品架 |
光谱仪 | |
光路结构 | Czerny-Turner（CT）光路设计，焦距：320mm，杂散光：1*10-5 |
光栅配置 | 配置三块进口光栅，尺寸：68mm×68mm |
光子计数型探测模块 | |
近红外光电倍增管 | 950-1700nm，TE制冷型，制冷温度：-60℃，最小有效面积Ø 1.6mm，增益：1×106，阳极暗计数：2.5×105，阳极脉冲上升时间：0.9ns |
近红外光电倍增管 | 300-1700nm，液氮制冷型，制冷温度：-80℃，最小有效面积3×8mm，增益：1×106，阳极暗计数：2.5×105，阳极脉冲上升时间：3ns |
单光子计数器 | 计数率：100Mcps，采样速率：1MB/S，四通道模拟输入：1-10V，通道数：10000 |
时间相关单光子计数器 | 计数率：100Mcps，分辨率：16/32/64/128/256/512/1024ps，通道数：65535 |
模拟信号型探测模块 | |
TE-InGaAs探测器 | 800-1700nm，TE制冷型，制冷温度：-40℃，光敏面直径：3mm，峰值响应度：0.9 A/W，配置温控器及前置放大器，温度稳定度：±0.5℃，信号输出模式：电流 |
TE-InGaAs探测器 | 800-2600nm，TE制冷型，制冷温度：-40℃，光敏面直径：3mm，峰值响应度：1.2 A/W，配置温控器及前置放大器，温度稳定度：±0.5℃，信号输出模式：电流 |
LN-InSb探测器 | 1-5.5μm，液氮制冷型，制冷温度：77K，光敏面尺寸：Ø2mm，峰值响应度：3A/W，配置前置放大器，信号输出模式：电流 |
LN-MCT探测器 | 2-12μm（另有14μm、16μm、22μm选项），液氮制冷型，制冷温度：77K，光敏面尺寸：1×1mm，峰值响应度：3x103V/W，配置前置放大器，信号输出模式：电压 |
锁相放大器 | 参考信号通道，频率范围：50mHz至102kHz，输入阻抗：1MΩ/25pF，输入信号类型：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°/℃ |
斩波器 | 频率范围：标配20~1KHz（ 10孔），30~1.5KHz（15孔），60~3KHz（30孔），TTL/COMS电平输入输出，频率稳定性：250ppm/℃，频率漂移：<1%，输入输出连接器：BNC |
时序控制器 | |
可编程延时发生器 | 脉冲通道个数：6个，一个T（时钟基准），其他为CH1-CH5，单个脉冲周期：最小值100ns（10MHz），最大值1s（1Hz），单个脉冲宽度：≥50ns，脉冲延迟：100ns-1s（基于T通道时钟），脉冲输出高电平：T，CH1-CH2：5±0.5V/20mA；CH3:4.5V±0.5V/100mA（适用于50Ω输入阻抗外设）；CH4-CH5:3.3±0.5V/高阻，分辨率：1μs，上升时间：4-6ns |
电源：USB供电：5V/500mA，通讯接口：USB2.0，输出接口：SMA | |
示波器 | |
示波器 | 模拟带宽：500 MHz，通道数：4+ EXT，实时采样率：5GSa/s(交织模式），2.5GSa/s(非交织模式)，存储深度：250Mpts/ch(交织模式)，125 Mpts/ch(非交织模式) |
电脑及软件 | |
标配电脑 |
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标配操作系统 | Windows系统 |
Omni-Win控制软件 | 稳态测试功能：激发扫描，发射扫描，同步扫描，三维扫描 瞬态测试功能：动力学扫描，寿命扫描，时间分辨光谱扫描 可选功能：温度控制扫描 |
光学平台 |
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阻尼隔振光学平台 | 尺寸（L×W×H）：1500mm×1000mm×800mm |
阻尼隔振光学平台 | 尺寸（L×W×H）：1800mm×1200mm×800mm |
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参考文献：
【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