產品特點：

• 波(bo)長范圍覆蓋800 - 2500nm 的近紅(hong)外(wai)波(bo)段(duan)

• 智能電路控制和風冷散(san)熱確保光源(yuan)穩定輸(shu)出

• 輸出光可(ke)通過旋鈕(niu)進行0-100的強度調(diao)節

• 直接出光(guang)，也(ye)可由SMA905端口連(lian)接光(guang)纖耦合(he)輸(shu)出

• 設(she)有(you)安插濾波片/衰減片的支架(jia)

產品應用：

• 光譜分析、吸收(shou)光譜測量

• 透(tou)射/反射率測量

• 顏色測量

產品(pin)技術參數(shu)：

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寬(kuan)(kuan)帶(dai)近紅(hong)(hong)外(wai)(NIR)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)在(zai)現代農業、疾(ji)病診斷和治療、定量成分(fen)檢測、夜視補光(guang)(guang)(guang)(guang)與成像等領域具有廣闊的(de)(de)(de)應用前(qian)景。然而，目前(qian)商業化的(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)帶(dai)近紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)普遍(bian)存在(zai)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)低、器件(jian)結(jie)構(gou)復雜等問題，難以匹配(pei)新興的(de)(de)(de)高(gao)技術領域。作(zuo)為近年來(lai)的(de)(de)(de)研究熱點之一(yi)，基于(yu)藍光(guang)(guang)(guang)(guang)LED芯片和近紅(hong)(hong)外(wai)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)粉(fen)制(zhi)作(zuo)的(de)(de)(de)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)轉(zhuan)換型發光(guang)(guang)(guang)(guang)二極管(pc-LED)，表現出(chu)可(ke)調諧的(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)帶(dai)NIR發射(she)和接近0.5 W的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，但這種光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)所(suo)用到的(de)(de)(de)LED芯片和有機(ji)樹脂分(fen)別(bie)受制(zhi)于(yu)“效率(lv)下降”和導(dao)(dao)熱性差(~ 0.5 W·m-1·K-1)，導(dao)(dao)致光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)器件(jian)的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)難以得到進一(yi)步提升。

激光(guang)(guang)(guang)二極管(LD)驅動(dong)近紅外熒(ying)光(guang)(guang)(guang)透(tou)明陶瓷(ci)的(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)，助力了新(xin)(xin)一代激光(guang)(guang)(guang)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)源器件結構的(de)(de)產生與應用，并為突破上述困境提供了新(xin)(xin)的(de)(de)思路。但(dan)是，新(xin)(xin)型(xing)高(gao)效(xiao)近紅外熒(ying)光(guang)(guang)(guang)陶瓷(ci)的(de)(de)發(fa)展卻受到了非輻射(she)(she)弛豫(yu)的(de)(de)嚴重(zhong)阻礙，這一現(xian)(xian)象為“能(neng)(neng)隙(xi)律”， 與此(ci)同時(shi)，寬帶近紅外發(fa)射(she)(she)起源于大的(de)(de)斯托克斯位(wei)移和強(qiang)電子-聲(sheng)子耦合，這種本征的(de)(de)巨大能(neng)(neng)量(liang)消耗使得(de)材(cai)料具有較低的(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)(guang)效(xiao)率和較差的(de)(de)熱穩定性(xing)，導致(zhi)傳(chuan)統的(de)(de)陶瓷(ci)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)粉在(zai)受到密(mi)集激光(guang)(guang)(guang)激發(fa)時(shi)出(chu)現(xian)(xian)嚴重(zhong)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)飽和和熱飽和現(xian)(xian)象，從而(er)限(xian)制(zhi)輸出(chu)功率的(de)(de)提升(sheng)。因此(ci)，如何提高(gao)激光(guang)(guang)(guang)驅動(dong)的(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)(guang)飽和閾值和光(guang)(guang)(guang)轉(zhuan)換效(xiao)率、如何克服“能(neng)(neng)隙(xi)律”來獲得(de)高(gao)效(xiao)且熱穩定的(de)(de)長波(bo)寬帶近紅外發(fa)射(she)(she)(>800 nm)，是制(zhi)約高(gao)性(xing)能(neng)(neng)近紅外發(fa)光(guang)(guang)(guang)材(cai)料研發(fa)的(de)(de)瓶頸。

最近，華南理(li)工大學發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)材料與(yu)器件(jian)國家重點(dian)實驗(yan)室夏(xia)志國教授課題組(zu)研制了(le)一種組(zu)成(cheng)(cheng)極為簡單的(de)(de)(de)(de)MgO:Cr3+近紅外(wai)熒(ying)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)透(tou)明(ming)陶瓷，獲(huo)得發(fa)(fa)射(she)峰(feng)值位(wei)(wei)于810 nm、外(wai)量(liang)子(zi)效率(lv)(lv)(EQE)高(gao)達81%的(de)(de)(de)(de)寬帶近紅外(wai)發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。Cr3+離子(zi)在(zai)Mg2+位(wei)(wei)點(dian)的(de)(de)(de)(de)異(yi)價取代使(shi)得結(jie)構(gou)中(zhong)存在(zai)豐富的(de)(de)(de)(de)鎂(mei)空位(wei)(wei)(VMg′′)和(he)具有(you)不(bu)同局域環境的(de)(de)(de)(de)Cr3+發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)心(xin)。隨著(zhu)溫度的(de)(de)(de)(de)升高(gao)，多個Cr3+發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)心(xin)之間存在(zai)顯著(zhu)的(de)(de)(de)(de)聲(sheng)子(zi)輔(fu)助激發(fa)(fa)態能量(liang)傳(chuan)遞(di)(ET)過(guo)程，能量(liang)由短(duan)波長(chang)(chang)(chang)(724 nm)向長(chang)(chang)(chang)波長(chang)(chang)(chang)(810 nm)發(fa)(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)心(xin)轉移，所以在(zai)一定程度上(shang)彌補了(le)“能隙律”中(zhong)長(chang)(chang)(chang)波發(fa)(fa)射(she)非輻射(she)弛豫嚴重的(de)(de)(de)(de)缺點(dian)，使(shi)得MgO:0.2% Cr3+在(zai)460 nm激發(fa)(fa)下(xia)獲(huo)得了(le)87.5%@423K的(de)(de)(de)(de)優異(yi)熱穩定性。得益于其52 W·m-1·K-1的(de)(de)(de)(de)超高(gao)導熱率(lv)(lv)，研究者在(zai)22 W/mm2藍(lan)色激光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)泵(beng)浦下(xia)獲(huo)得了(le)超過(guo)6 W的(de)(de)(de)(de)寬帶NIR輸出功率(lv)(lv)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)轉換(huan)效率(lv)(lv)達到了(le)29%。這一強烈的(de)(de)(de)(de)近紅外(wai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)可以輕易穿透(tou)10 cm的(de)(de)(de)(de)人體肌(ji)肉組(zu)織和(he)3 mm厚(hou)的(de)(de)(de)(de)硬紙板(ban)，并分別(bie)觀察到組(zu)織中(zhong)的(de)(de)(de)(de)血管分布情況和(he)紙板(ban)背(bei)后的(de)(de)(de)(de)剪刀輪廓，成(cheng)(cheng)像(xiang)分辨率(lv)(lv)為6 lp/mm。

研究亮點

1.放電等離子(zi)體制備高性能近紅外熒光透明陶瓷(ci)

MgO:Cr3+粉末在經過冷等靜壓成型與1750oC高溫放電等離子燒結(SPS)后，得到具有較高致密度的半透明陶瓷(圖1a-b)。在460 nm藍光激發下，測得MgO:0.2%Cr3+陶瓷的EQE高達81%、熱導率高達52 W·m-1·K-1.性能顯著高于目前已報導的近紅外發光材料(圖1c-d)。較高的EQE說明制備的陶瓷材料具有良好的光轉化效率，而良好的熱導率則有助于熱量擴散、減少熱積累，表明MgO:Cr3+透明陶瓷在大功率近紅外光源應用中具有潛力。

圖1 a-d MgO:Cr3+陶(tao)瓷照(zhao)片(厚度0.5 mm)、透過(guo)率(lv)、外量子效率(lv)及熱導率(lv)測試結果

2.借助異價摻雜引入陽離子空位(wei)調控發光中心局域結構(gou)

傳統的無機近紅外發光材料大都基于離子的等價摻雜以減少猝滅缺陷的產生，卻忽略了離子空位對局域結構的影響。本文研究發現在這種Mg2+↔Cr3+異價取代體系中，Cr3+摻雜量對陶瓷樣品的發射光譜具有較大影響：在低摻雜濃度下，樣品表現出700 nm左右的銳線發射;隨著摻雜濃度逐漸提高，810 nm處發射峰逐漸增強使得樣品表現出寬帶發射(圖2b)。這主要是因為異價取代使得結構中存在大量Mg空位(VMg′′)，且空位的存在形式隨著Cr3+摻雜量提高會由<100>向<110>方向轉變，這不僅能進一步降低Cr3+發光中心的對稱性，還會影響其晶體場并最終導致寬帶近紅外發射。圖2c中的銳線發射可以被擬合為4個不同的高斯峰，說明材料中存在著不同的發光中心和激發態能級;而706-756 nm聲子邊帶的出現，說明晶格聲子也參與到了輻射發光過程。

圖2 a MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷的室溫熒(ying)光光譜(pu);b MgO:x%Cr3+陶(tao)瓷的發射(she)(she)光譜(pu);c MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷在460 nm激發和77 K低溫下的發射(she)(she)光譜(pu)

3.密度泛函理論計算發光(guang)中心形成能和電荷分(fen)布揭示其發光(guang)機理

研究者借助密度泛函理論(DFT)計算分析了其發光機理。在考慮局域電荷平衡的情況下，2個CrMg•發光中心可以圍繞1個VMg′′形成如圖3a所示的6種不同的二聚體。計算發現模型1不僅具有最大的結構畸變和最低的形成能，二者之間還存在很好的對應關系：結構畸變越大、形成能越低。這主要是因為Mg2+↔Cr3+異價取代使得帶有過量正電荷的CrMg•打破了原有的電荷平衡，并吸引著周圍的電子向其靠近，使得局域電子云發生嚴重重排(圖3d)并導致結構產生畸變。畸變程度越大，說明電子云重排現象越嚴重，整個晶格對CrMg•的容忍性越好、形成能更低。

圖3 a-c 6種不同的(de)CrMg•-VMg′′-CrMg•二聚(ju)體(ti)模型及其形成(cheng)能;d 模型1中局(ju)域電荷的(de)分布情況

4.聲子輔助激發(fa)態能量(liang)傳遞實現高熱穩定(ding)性(xing)近紅(hong)外發(fa)光

研(yan)究(jiu)者(zhe)還(huan)觀(guan)察到(dao)(dao)隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)由(you)77 K升到(dao)(dao)425 K，724 nm處的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)射(she)強度(du)(du)和熒(ying)(ying)光(guang)(guang)壽命逐漸(jian)減(jian)小，而810 nm處的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)射(she)強度(du)(du)和熒(ying)(ying)光(guang)(guang)壽命呈(cheng)現(xian)出(chu)先增后減(jian)的(de)(de)(de)趨(qu)勢(圖(tu)(tu)4a-c)，最終(zhong)導致(zhi)陶瓷樣品(pin)具有(you)(you)較好的(de)(de)(de)熒(ying)(ying)光(guang)(guang)熱(re)(re)穩定(ding)性87.5%@425K。考慮到(dao)(dao)結構(gou)中(zhong)(zhong)存在著(zhu)多種Cr3+發(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)中(zhong)(zhong)心和激發(fa)(fa)(fa)態(tai)能(neng)(neng)級(ji)，以(yi)及Cr3+與基質(zhi)晶格(ge)(ge)強烈的(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)和聲子(zi)邊(bian)帶(dai)的(de)(de)(de)出(chu)現(xian)，研(yan)究(jiu)者(zhe)提出(chu)了(le)聲子(zi)輔助的(de)(de)(de)激發(fa)(fa)(fa)態(tai)能(neng)(neng)量傳(chuan)遞(di)機制(圖(tu)(tu)4d)。部分激發(fa)(fa)(fa)態(tai)能(neng)(neng)量由(you)2E能(neng)(neng)級(ji)轉向4T2能(neng)(neng)級(ji)，使(shi)得(de)810 nm處發(fa)(fa)(fa)射(she)峰隨溫(wen)度(du)(du)升高略有(you)(you)增強。研(yan)究(jiu)者(zhe)還(huan)發(fa)(fa)(fa)現(xian)聲子(zi)的(de)(de)(de)參與增大了(le)Cr3+激發(fa)(fa)(fa)態(tai)電(dian)子(zi)與基質(zhi)晶格(ge)(ge)的(de)(de)(de)耦合作用(yong)，使(shi)得(de)發(fa)(fa)(fa)射(she)峰發(fa)(fa)(fa)生了(le)顯著(zhu)寬化(hua)，所以(yi)總得(de)積分強度(du)(du)仍然(ran)保持很好的(de)(de)(de)熱(re)(re)穩定(ding)性(圖(tu)(tu)4e)。圖(tu)(tu)4f給出(chu)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)順(shun)磁共振(zhen)(EPR)光(guang)(guang)譜表明微(wei)量Cr3+摻雜(za)的(de)(de)(de)樣品(pin)具有(you)(you)幾(ji)個強度(du)(du)相近的(de)(de)(de)信號峰。隨著(zhu)Cr3+含量的(de)(de)(de)增加(jia)，正交(jiao)對(dui)稱(cheng)的(de)(de)(de)Cr3+數(shu)量增加(jia)并與能(neng)(neng)量傳(chuan)遞(di)過程共同(tong)導致(zhi)PL帶(dai)寬從78 nm增加(jia)到(dao)(dao)96 nm。此外，這(zhe)一能(neng)(neng)量擾動還(huan)使(shi)得(de)具有(you)(you)最高激發(fa)(fa)(fa)態(tai)能(neng)(neng)量和立方(fang)對(dui)稱(cheng)的(de)(de)(de)Cr3+(g = 1.98)可以(yi)被檢(jian)測到(dao)(dao)，而來自不(bu)同(tong)二聚(ju)體的(de)(de)(de)其他信號同(tong)時(shi)消(xiao)失(shi)。

圖4 a-b MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷的溫度依(yi)賴(lai)(lai)PL光(guang)譜和(he)歸一化(hua)PL強(qiang)度;c分(fen)別在724 nm和(he)810 nm處監測得到的溫度依(yi)賴(lai)(lai)的平均壽命;d MgO:Cr3+中Cr3+離子的位形坐標圖;e活化(hua)能Ea和(he)黃-里斯因子S作為溫度函數的擬(ni)合(he)結(jie)果。f MgO:x%Cr3+陶(tao)瓷的EPR譜(x= 0.00001-0.005)。

5.22 W/mm2藍(lan)色激光泵浦下獲得超(chao)6 W寬帶(dai)近紅外光源

MgO:0.2%Cr3+陶瓷高(gao)達81%的(de)EQE和(he)52 W·m-1·K-1的(de)熱(re)導率表(biao)明其在大(da)功率近(jin)紅外(wai)(wai)光源方面(mian)具有良(liang)好的(de)應用潛力。研究者測試(shi)發現(xian)厚度(du)為1.5 mm、摻雜量為0.2%的(de)陶瓷具有最(zui)高(gao)的(de)發光強度(du)，其在450 nm激光激發下的(de)飽和(he)功率密度(du)達到了22 W/mm2.此(ci)時的(de)近(jin)紅外(wai)(wai)輸出功率為6.36 W，轉(zhuan)換效率為29%，并表(biao)現(xian)出良(liang)好的(de)空間分布(bu)均勻性。上述性能指標是(shi)目(mu)前已經報導同(tong)類材料(liao)的(de)最(zui)高(gao)紀錄。

圖5 a 450 nm藍(lan)光(guang)輸(shu)入(ru)功率密度(du)依賴的(de)(de)MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)(ci)PL光(guang)譜;b 不同厚度(du)的(de)(de)MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)(ci)NIR輸(shu)出功率對(dui)比,;c-d MgO:x%Cr3+陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)近紅外(wai)輸(shu)出功率及(ji)功率轉換效率，插圖展(zhan)示(shi)了MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)(ci)在22 W/mm2藍(lan)色(se)激光(guang)照射下的(de)(de)隨(sui)時間(jian)變(bian)化(hua)的(de)(de)PL強度(du);e MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)(ci)與(yu)已報導(dao)材料的(de)(de)NIR輸(shu)出功率及(ji)功率轉換效率對(dui)比圖;f MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)(ci)在藍(lan)色(se)激光(guang)激發下的(de)(de)空(kong)間(jian)近紅外(wai)光(guang)分布。

6.大功率近紅外光源(yuan)的無損檢測成像應用展示

研究(jiu)者最后利用MgO:0.2%Cr3+陶瓷，結(jie)合(he)商業化藍光(guang)LD芯片封裝(zhuang)制作了大(da)功(gong)率近(jin)(jin)紅外(wai)(wai)光(guang)源，拍攝得(de)到了45 m外(wai)(wai)的(de)(de)(de)“SCUT”圖案和木(mu)架(jia)的(de)(de)(de)夜視(shi)照(zhao)片。研究(jiu)還(huan)給(gei)出了其(qi)成(cheng)像(xiang)分辨率為6 lp/mm，并利用該近(jin)(jin)紅外(wai)(wai)光(guang)穿透(tou)10 cm的(de)(de)(de)上(shang)臂和3 mm厚的(de)(de)(de)硬紙板(ban)，分別(bie)得(de)到了血管(guan)分布(bu)和剪刀(dao)的(de)(de)(de)輪廓(kuo)(圖6g-h)。大(da)功(gong)率的(de)(de)(de)近(jin)(jin)紅外(wai)(wai)光(guang)源能(neng)夠幫(bang)助(zhu)實現更(geng)深層(ceng)次和更(geng)加細(xi)微的(de)(de)(de)組織(zhi)觀察，未(wei)來(lai)有希望在生(sheng)物醫學成(cheng)像(xiang)領域獲得(de)應用。

圖(tu)6  a-b封(feng)裝的(de)NIR光(guang)源的(de)器件實際結構和(he)示(shi)意圖(tu)片(pian);c-f分別在(zai)藍色激光(guang)照(zhao)射下在(zai)附近和(he)45 m距(ju)離(li)處拍(pai)攝的(de)光(guang)源、“SCUT”圖(tu)案和(he)木架的(de)夜視照(zhao)片(pian);g厚度為0.5 mm的(de)MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷成像檢(jian)測分辨率。h-i分別在(zai)穿透上臂和(he)紙(zhi)板后用近紅(hong)外光(guang)拍(pai)攝的(de)血管和(he)剪刀的(de)圖(tu)像。