基于双路AOTF-NIR的静态目标DoLP探测系统研究与设计

双路宽光谱AOTF-NIR器件在遥感偏振成像系统中得到广泛应用,系统采用双路AOTF-NIR及四路红外CCD相机相结合的方式来获取静态目标物光谱图像,通过上位机控制AOTF-NIR的入射角度及双路射频驱动频率实现900 nm~1 700 nm的DoLP光谱成像,同时从晶体阻抗匹配角度分析了双路AOTF-NIR宽带匹配新方法,给出了一种衍射效率峰值可达73%、光谱成像清晰度较高的带通型匹配网络。通过在1 120 nm的0°,45°,90°,135°衍射光强度与DoLP成像实验表明该系统可有效获取静态目标物在强度成像系统无法获得的结构特征等信息,可为近红外遥感成像与识别技术提供一定的理论依据。

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。

蓝光激发的KMgF_(3)∶Cr^(3+)/Ni^(2+)基透明微晶玻璃超宽带近红外发光

近红外光谱技术在食品科学、信息安全、生物医疗等重大国计民生领域的应用对近红外光源提出了越来越高的要求。研发具有高效超宽带发射的近红外光源因此成为一项重要且迫切的研究课题。本文采用熔融淬火法在氟硅酸盐玻璃体系SiO_(2)-K_(2)CO_(3)-KF·2H_(2)O-MgF_(2)中成功析出了钙钛矿型KMgF_(3)纳米晶体。通过改变玻璃组分和热处理温度可以调控氟化物纳米晶相的析出,得到析晶和透明度最佳的微晶玻璃样品。玻璃中KMgF_(3)纳米晶体为Cr^(3+)和Ni^(2+)提供了稳定的八面体配位和低声子能量发光环境,在450 nm蓝光激发下,基于Cr^(3+)到Ni^(2+)的能量传递实现了Cr^(3+)(700~1200 nm)和Ni^(2+)(1400~1700 nm)双宽带近红外发射,并且双宽带近红外发光强度随离子掺杂浓度而可调变化。荧光光谱和荧光衰减曲线表征证明了Cr^(3+)到Ni^(2+)的能量传递过程,对应的能量传递效率为52.2%,能量传递机制为电子偶极-四极相互作用。研究结果不仅可以为系统掌握透明光学材料的超宽带发光规律提供基础数据,同时有助于设计开发低成本、高效率的近红外宽带光源。

Cr^(3+)掺杂F^(-)修饰BaScO_(2)F钙钛矿结构宽带近红外荧光粉

Cr^(3+)掺杂的近红外荧光材料,因具有高量子效率、可调的宽带发射及在蓝色光谱范围内的强吸收特性而备受关注。通过晶体场工程,可以调节Cr^(3+)掺杂的近红外荧光材料的发射范围,但常规的阳离子取代对发射范围的调节通常限制在近红外Ⅰ区(波长<1000 nm)。在生物医学成像领域,由于生物组织的吸收、散射和自发荧光较低,在近红外Ⅱ区,能够实现更高的穿透深度及无创或微创的深部组织成像。采用高温固相法,以Ba_(2)Sc_(2)O_(5)类钙钛矿型氧化物为基体,合成了一系列基于F^(-)修饰的近红外荧光粉BaSc_(1-x)O_(2)F:xCr^(3+)(x=0.001—0.01)。通过XRD图谱和容差因子计算,证明了合成的样品具有立方钙钛矿结构。另外,通过漫反射光谱(DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,确认了Cr离子的价态为Cr^(3+)。利用电子顺磁共振(EPR)对Cr^(3+)周围的晶体环境进行检测分析发现,样品在波长700—1400 nm范围内表现出近红外宽带发射,发射中心约在1040 nm处,半峰宽(FWHM)高达250 nm。表明,Cr^(3+)的发射有效覆盖了近红外Ⅱ区。同时,也证明了通过阴离子掺杂调节晶体场强度是可行的。由于PLE光谱和PL光谱在波长700—850 nm范围内存在重叠,随着Cr^(3+)掺杂浓度的增加,发射部分被重吸收,导致发射中心出现明显的红移现象。由于BaSc_(1-x)O_(2)F:xCr^(3+)近红外荧光粉的吸收峰与蓝光LED芯片能够匹配,表明其具有商业化潜力。本研究为生物医学成像领域的近红外Ⅱ区荧光粉转换LED器件提供了优异的宽带近红外光源材料。

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。

宽带近红外荧光粉LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+)的发光特性与LED器件应用

具有体积小、响应快等特点的荧光转换型宽带近红外LED(NIR pc-LED)光源在食品成分分析、生物制药、癌症早期诊断、健康管理、NIR光谱技术等领域具有重要的应用价值。作为NIR pc-LED的核心组件,NIR荧光粉直接决定了这类光源的光学性能,因此开发新型高效的NIR荧光粉对于推进NIR光谱技术的普及具有重要意义。本文通过过渡族金属离子Cr^(3+)到稀土离子Nd^(3+)的能量传递设计了一种可被蓝光LED高效激发的宽带NIR荧光粉LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+),其发射光谱范围覆盖650~1100 nm。此外,得益于Cr^(3+)→Nd^(3+)的高效能量传递和Nd^(3+)4F3/2能级优异的发光热稳定性,该荧光粉具有优异的发光热稳定性,其发光强度在150℃时仍能维持室温的92%。最后,将LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+)荧光粉与蓝光LED芯片结合,所制备的NIR pc-LED原型器件,在350 mA驱动电流下,NIR输出功率高达120 mW。以上结果表明,LaMgGa11O19:Cr^(3+),Nd^(3+)荧光粉有潜力应用于NIR pc-LED器件。

A microscale optical implant for continuous in vivo monitoring of intraocular pressure

Intraocular pressure(IOP)is a key clinical parameter in glaucoma management.However,despite the potential utility of daily measurements of IOP in the context of disease management,the necessary tools are currently lacking,and IOP is typically measured only a few times a year.Here we report on a microscale implantable sensor that could provide convenient,accurate,ondemand IOP monitoring in the home environment.When excited by broadband near-infrared(NIR)light from a tungsten bulb,the sensor’s optical cavity reflects a pressure-dependent resonance signature that can be converted to IOP.NIR light is minimally absorbed by tissue and is not perceived visually.The sensor’s nanodot-enhanced cavity allows for a 3–5 cm readout distance with an average accuracy of 0.29 mm Hg over the range of 0–40 mm Hg.Sensors were mounted onto intraocular lenses or silicone haptics and secured inside the anterior chamber in New Zealand white rabbits.Implanted sensors provided continuous in vivo tracking of short-term transient IOP elevations and provided continuous measurements of IOP for up to 4.5 months.