宽带近红外荧光粉KScP_(2)O_(7)∶Cr^(3+)的发光特性研究及近红外LED器件应用

近红外(NIR)器件的小型化和智能化需求推动了高效宽带近红外荧光粉的设计与发展。目前,Cr3+激活的宽带近红外荧光粉主要采用传统的多格位共占据策略设计实现。然而,由于处在不同晶体学格位的Cr3+热猝灭行为不一致和光谱稳定性差等问题,导致其实际应用受限。本文基于单格位占据策略,采用高温固相法制备了一系列宽带近红外荧光粉KSc1-xP_(2)O_(7)∶xCr^(3+)(x=0.01~0.09),并对其晶体结构、发光性能及热猝灭机理进行分析。研究结果表明,在x=0.03时,KSc_(0.97)PO_(7)∶0.03Cr^(3+)(KSP∶0.03Cr^(3+))样品发光强度达到最大值,随后出现浓度猝灭现象,该现象主要归因于相邻Cr^(3+)‐Cr^(3+)之间的能量传递。在蓝光激发下,KSP∶0.03Cr^(3+)样品光谱覆盖700~1200 nm,发射主峰位于857 nm,半高宽为149 nm。此外,通过晶体结构和低温光谱分析以及对Cr^(3+)所处晶体场强度计算,表明该宽带近红外发射的实现归因于Cr^(3+)占据处于弱晶体场(Dq/B=1.98)的Sc^(3+)晶体学格位。在高温373 K时,样品的发光强度为室温下发光强度的60.2%,表明该荧光粉具有良好的热稳定性。最后,利用该荧光粉与蓝光LED芯片制备了近红外荧光粉转换型LED(NIR pc‐LED)器件,证实该荧光粉在生物医学成像、夜视以及食品检测方面具有潜在应用价值。

组合式LED宽带光源灯结构对差分吸收光谱反演的影响和扣除方法研究

发光二极管(LED)发射光谱窄限制了差分吸收光谱反演波段,难以实现多种气体的同时测量。采用光纤束组合两种紫外LED形成组合式LED宽带光源,应用于DOAS系统实现大气SO_(2)和O_(3)的同步探测。光谱分析显示两种LED灯谱在280~295 nm处发生叠加,275~301 nm有明显的灯结构。该灯结构会随着双峰光强比增加而增强,同时向短波方向漂移。实际测量时,外界环境改变会引起两个LED光谱各自独立变化,且二者发射光谱波段内大气消光存在差异。这将导致大气吸收光谱的双峰光强比不断变化,且与灯谱不一致,二者相除难以抵消灯结构。光谱反演结果显示宽带光源灯结构为参考谱参与拟合无法较好地扣除干扰。为扣除测量时LED光谱独立变化对光谱反演的影响,提出采用各LED独立灯结构作为参考谱参与拟合,结果显示SO_(2)和O_(3)拟合残差分别由1%、6‰降低至4‰左右,扣除效果较好。该方法与避开干扰结构相比,拓宽了SO_(2)和O_(3)的反演波段,SO_(2)和O_(3)吸收峰分别增加了1.75倍和1倍,平均拟合误差分别降低了67.5%和37.3%,测量精度明显提高。SO_(2)和O_(3)测量结果与同时段同地区的传统氙灯长光程DOAS系统比较,结果显示二者保持较高一致性,相关性系数R高于95%。结果表明DOAS反演时组合式LED宽带光源灯结构可以通过各LED独立的灯结构来拟合扣除。

适用于色敏解调的光位移传感器宽带LED

为保证光位移传感器的工作性能,输入光源在500～800nm波长范围内需具有较高的光谱能量,照明用LED波长在700nm以上光谱能量陡降,限制了传感器的工作范围.针对照明用LED光谱能量不足的问题,研制出适用于色敏解调光位移传感器的宽带LED光源.首先利用单色仪对光位移传感器色敏元件WS7.56的性能进行了测试,依据色敏解调结果提出了光位移传感器正常工作所需的输入光源的光谱能量阈值.在照明用LED光谱特性基础上,配比掺杂氮氧化物红色荧光粉提升LED红光及近红外光光谱能量,得到了满足输入光源光谱能量阈值的宽带LED.最后,对该宽带LED光位移传感器进行了位移测量实验,实验结果较使用照明用LED光源有明显改善,位移解调线性度良好.本文研制的宽带LED光源体积小、效率高,是光位移传感器较为理想的宽带光源.

高效稳定的Cr^(3+)离子激活石榴石型宽带近红外荧光粉的发光特性及应用研究

近红外荧光粉转换型发光二极管(NIR pc-LEDs)作为一种紧凑型光源,在近红外光谱技术领域具有广泛的应用前景。然而,开发高效稳定的近红外荧光粉一直面临巨大挑战。本研究报道了一种高效且热稳定优异的Cr^(3+)离子激活Gd_(3)Ga_(5)O_(12)(GGG∶Cr)石榴石近红外荧光粉。在450 nm蓝光激发下,其近红外发射覆盖620~1100 nm范围,最高峰位于740 nm,半高宽为97 nm,内量子效率达54.6%。同时,该荧光粉表现出优异的热稳定性,即在425 K温度时,其近红外发射光谱积分强度为室温的106%(106%@425 K),呈负热猝灭特性。此外,通过Nd^(3+)-Yb^(3+)稀土离子共掺策略,成功实现了材料近红外发射谱带的有效拓宽和热稳定性增强(115%@425 K)。最后,将目标材料与蓝光芯片结合,封装成近红外LED器件,在320 mA电流驱动下,近红外最大输出功率可达55.5 mW,光电转换效率约为6%。以上结果表明,GGG∶Cr,Nd,Yb石榴石荧光粉是一种潜在的高功率近红外LED光源用近红外发光材料。

基于光纤耦合宽带LED光源的Herriott池测量NO2的研究

本文针对气溶胶吸收光声光谱仪需用较高浓度二氧化氮(NO2)进行标定的需求,开展了基于光纤耦合宽带LED光源的Herriott型多通池测量NO2的研究,解决了NO2的简便、快速和高精度测量问题.首先依据光线传输理论、仿真分析了Herriott型多通池,并采用优化的仿真结果设计了有效光程为26.1 m的光学多通吸收池,以增强吸收池内待测NO2气体的光吸收.针对LED光源的发光面、发散角大,常规准直的输出光难于在Herriott型多通池内来回传输的问题,本研究中将LED光源的输出光耦合进入一根单模光纤,然后用透镜准直后导入光学多通吸收池中,实现基于光学多通吸收池的宽带LED吸收光谱测量NO2浓度,最终实现了对NO2检测浓度极限1μmol/mol的预期设计值,对46μmol/mol的NO2测量结果表明,测量精度达到0.1%.最后开展了此NO2测量系统与气溶胶吸收光声光谱仪同时测量不同浓度NO2的观测研究,结果表明所测量NO2浓度与光声光谱信号呈现出很好的线性关系,线性度优于99.9%.基于宽带LED光源和Herriott型多通池的NO2测量系统,具有价格低廉、结构简单和易用的特点,可以满足NO2吸收法标定气溶胶吸收光声光谱仪的需求,也可用于化工领域对NO2的快速分析测量.

Ca_(2)TbHf_(2)Al_(3)O_(12)∶Ce^(3+),Cr^(3+)石榴石荧光材料的宽带近红外发射与能量传递

近红外荧光转换型发光二极管(pc‐LED)在光谱分析、生物成像、夜视照明等领域有重要应用价值,得到了人们的广泛关注。本文采用高温固相法制备了一系列Ca_(2)TbHf_(2)Al_(3)O_(12)∶Ce^(3+),xCr^(3+)(CTHAO∶Ce^(3+),xCr^(3+))近红外荧光材料,通过粉末XRD表征结合结构精修技术确定制备的CTHAO∶Ce^(3+),xCr^(3+)为纯相石榴石结构。在该样品中,Tb^(3+)作为基质组成,与掺杂离子Ce^(3+)共同作为Cr^(3+)离子的敏化剂,三者之间存在多种能量传递效应,通过光谱及荧光寿命表征证实存在Ce^(3+)→Tb^(3+)、Ce^(3+)→Cr^(3+)、Tb^(3+)→Cr^(3+)的能量传递过程;重点分析了Tb^(3+)向Cr^(3+)的能量传递机制,以偶极‐四极交互作用为主导,能量传递效率可达79.5%。CTHAO∶Ce^(3+),0.02Cr^(3+)在100℃时的近红外发射强度能保持初始强度的36%,计算得到活化能为0.30 eV。将该样品与410 nm芯片相结合制成器件,在驱动电流为200 mA时,近红外最大输出功率可达7.5 mW,光电转换效率为1.2%。本工作研究了通过多重能量传递提高Cr^(3+)的发光,对于设计和开发Cr^(3+)激发的高效近红外发光材料有一定的指导意义。

新型宽带近红外BaSnO_(3):Fe^(3+)荧光粉的特性研究

宽带近红外荧光粉转换的近红外LED光源广泛应用于生物医学、物性分析及夜视等领域中,而Fe^(3+)由于具有生物环境友好型特点,被视为一种有巨大潜力用于开发新型宽带近红外荧光粉的激活离子。采用高温固相法合成了一款Fe^(3+)掺杂的新型近红外荧光粉BaSnO_(3):Fe^(3+),并对Fe^(3+)宽带近红外发光机理进行了研究。结果表明:荧光粉BaSnO_(3):Fe^(3+)在波长380 nm的近紫外光激发下,发射出750—1 150 nm的宽带近红外光,其峰值位于896 nm处、半高宽为105 nm;BaSnO_(3):Fe^(3+)在380 nm处的电子跃迁对应于^(6)A_(1)(6S)→4E(4D)的跃迁,而在896 nm处的电子跃迁对应于^(4)T_(1)(4G)→^(6)A_(1)(6S)的跃迁;当Fe^(3+)掺杂浓度(摩尔分数)达到0.03%时,其发射强度达到最大、激活能约为0.657 eV。说明,将所合成的材料封装成宽带近红外LED器件,可实现夜视照明。

一种新型变栅距闪耀光栅位移传感器测试系统

针对变栅距光栅线位移传感器的不足,提出一种新型传感器测试系统。采用的自主研制的宽带LED光源体积小、效率高,是光位移传感器较为理想的宽带光源;传感器本体使用了变栅距闪耀光栅与套筒式运行机构;信号处理由色敏解调器与数字信号处理器(DSP)完成,制作了新型测试系统样机并进行测试,符合飞行控制系统一般测试精度要求,提高了测试系统的动态特性,实现了小型化、工程化。

宽带激发BaBi_(2)(MoO_(4))_(4):Eu^(3+)荧光粉的制备与发光性能

Eu^(3+)激活红色荧光粉由于光吸收较弱从而限制了其应用,虽然在BaBi_(2)(MoO_(4))_(4):Eu^(3+)荧光粉中实现了宽带激发的目的,但是对其结构及其发光机理还需进一步研究,同时还需进一步提高其光吸收强度。为此,采用固相法在不同的温度下制备了BaBi_(2)(MoO_(4))_(4):Eu^(3+)红色荧光粉,通过掺杂Sr^(2+)离子和Y^(3+)离子探讨结构变化和Bi^(3+)离子的分布对BaBi_(2)(Mo O_(4))_(4):Eu^(3+)发光性能的影响。结果表明:当煅烧温度为750℃时,在不同近紫外光激发下基本上可以获得最强发光;添加Sr^(2+)离子会导致其结构发生转变;添加Y^(3+)离子后,改变了Bi^(3+)离子分布形式,进一步提高了激发强度,但是Y^(3+)离子浓度过高时,激发强度反而会降低。以上结果对于理解Bi^(3+)离子在Eu^(3+)激活红色荧光粉中的作用机制具有较大的借鉴作用。

基于LED光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术探测HONO和NO_2

介绍了基于近紫外发光二极管LED(中心波长约372 nm,半高宽13 nm)光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术,同时用于探测痕量气体HONO和NO_2.LED出射光经准直后耦合进入长度为70 cm,由两块高反射率镜片组成的高精密光学腔内.分别测量了氮气消光谱和氦气消光谱,通过两者瑞利散射截面的差异而引起光谱强度的变化来标定镜片反射率.在360—390 nm反演波段内,镜片反射率在390 nm处最大且为0.99962,对应测量NO_2/HONO混合物时的最大光程约1.71 km,并利用最小二乘拟合反演出了HONO和NO_2的浓度值.当光谱采集时间为1000 s时,HONO和NO_2的探测灵敏度(1σ)分别为0.6 ppbv和1.9 ppbv.实验结果表明,该技术为实现大气痕量气体的高灵敏度在线监测提供了另一种可能的途径.

Cr^(3+)掺杂LiScSi_(2)O_(6)近红外荧光粉的荧光性能及pc-LED器件研究

红外荧光粉是制备基于蓝光芯片宽带近红外光源的关键。采用高温固相法制备了LiScSi_(2)O_(6):Cr^(3+)近红外荧光粉样品并制备了相应的pc-LED器件,详细研究了样品的光致发光特性及pc-LED的性能。荧光粉在460nm蓝光激发下产生中心波长为850nm,半高宽约为156nm的宽带近红外光谱。在温度为160℃时,发光峰的强度下降为室温下的75.38%。把粉体涂覆在InGaN蓝光芯片(P_(max)=5W)表面制备的近红外pc-LED,得到最大近红外光输出功率为436.7mW@300mA,最大电光转化效率为18.3%@1mA。采用pc-LED作为红外光源,隐藏在油墨下的文字信息清晰可见,表明该红外荧光粉可用于制备基于蓝光芯片的宽带红外光源,且在夜视和信息防伪领域有良好的应用前景。

Zn^(2+)共掺提高Cr^(3+)掺杂钙铌镓石榴石热稳定性

近红外荧光粉转换发光二极管(pc-LEDs)具有体积小、效率高等优点,在无损检测和生物成像等领域具有广泛应用前景。本研究通过高温固相法成功合成了Ca_(3)Nb_(1.6875)Ga_(3.1875)O_(12):Cr^(3+)(CNGG:Cr^(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,可以产生650~1000 nm宽带近红外发射,峰值波长为770 nm。对材料的晶体结构和光谱数据进行了系统分析,计算了Cr^(3+)在CNGG基质中的晶体场强度等参数。通过引入Zn^(2+),显著提高了荧光粉的发光热稳定性,并分析了可能的原因。将CNGG∶Cr^(3+)荧光粉与460 nm蓝光芯片结合,封装成近红外pc-LED,并展示了其在夜视和血管成像领域的应用。

In_(2)BP_(3)O_(12):Cr^(3+)宽带近红外荧光粉的发光性能及应用研究

近红外光谱技术在安防监控、食品检测、生物成像、农业等领域具有重要应用价值,而开发出紧凑高效的近红外光源是其大规模商业应用的前提.荧光粉转换型近红外发光二极管(light emitting diodes,LED)光源具有结构紧凑、成本低、使用寿命长、发射光谱可调等优点,因此近些年受到广泛关注,其关键就在于开发出能被蓝光有效激发的高性能近红外荧光粉.本工作利用高温固相法制备了一种新型宽带近红外荧光粉 In_(2)BP_(3)O_(12):Cr^(3+),在 480 nm 激发下,荧光粉发射峰值位于 950 nm,光谱覆盖了 750~1350 nm 范围,半峰宽达到 210 nm.采用该荧光粉与商用蓝光 In Ga N LED 芯片封装,获得了具有宽带发射的近红外 LED 光源,在 60 mA 的驱动电流下,近红外光辐射功率为 5 mW.当采用该光源照射人的手掌,用近红外电感耦合器(charge coupled device,CCD)相机能够对手掌中的血管进行清晰的成像.上述结果表明该近红外荧光粉可用于制备基于蓝光芯片的宽带近红外 LED 光源,并在生物医学等领域具有潜在应用前景.

基于宽带电力线通信的单芯片瘦服务器技术

本文阐述了基于宽带电力线通信的单芯片瘦服务器技术,来解决智能建筑中 LED 照明节能控制与 LED 无线光通信的接口问题。阐述了瘦服务器的参考模型、结构原理,并给出了针对 LED 应用的 CGI 接口设计和电力线通信接口设计方法。