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发布日期:2021年05月12日
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近中红外荧光光谱测试

近中红外具体指哪个波段?

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

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)。

近期,中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室在3微米激光晶体研究中取得进展,研究团采用提拉法生长Ho:CaGdAlO4和Ho,Pr:CaGdAlO4晶体,分析晶体质量、结构、溶质分凝与偏振光谱性能。Ho3+的5I6→5I7跃迁呈宽带荧光特性,发射波长从2750nm延伸至3000nm,为中红外超短脉冲的产生提供频谱保障。

Ho:CaGdAlO4和Ho,Pr:CaGdAlO4晶体在1550nm激发下的中红外发射光谱

Ho:CaGdAlO4和Ho,Pr:CaGdAlO4晶体荧光衰减曲线

 

以上数据截取自文章“Enhanced 2.86 μm emission from a Ho,Pr:CaGdAlO4 crystal”,发表在Journal of Luminescence杂志上,DOI:10.1016/j.jlumin.2020.117620

 

中红外客户案例与实测数据

  1. 华南理工大学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。


  1. 湘潭大学中红外组合式荧光光谱测量系统

配置808nm,980nm激光器掺Er离子样品发射在1550nm,2730nm左右。

 



  1. 南方科技大学近中红外荧光光谱


卓立汉光近中红外光谱系统全新设计

 

OmniFluo960-IR:告别分离式组成,亮白整体式设计

配置方案

激发光源:根据需要选择合适的激光器比如常见的808nm、980nm、1064nm、1550nm等

样品仓:红外镀金反射式样品仓,带激光耦合光路;

发射光谱仪:320mm焦距红外镀金光谱仪

TE制冷型InGaAs探测器(美国Judson芯片),含二级制冷,前置放大器,响应范围:800-1700nm;

液氮制冷InSb探测器(美国Judson芯片),前置放大器,响应范围:1-5.5μm;

数据采集:斩波器chopper&锁相放大器lock-in;

寿命测量:示波器oscilloscope;