產品特(te)點：

• 波(bo)長范圍覆蓋(gai)800 - 2500nm 的近紅(hong)外波(bo)段

• 智(zhi)能電路控制(zhi)和風冷散熱確保光源穩定輸出

• 輸出光(guang)可通過旋鈕(niu)進行(xing)0-100的強度調(diao)節

• 直接出光，也可由(you)SMA905端口連接光纖耦(ou)合輸(shu)出

• 設有安插濾波片(pian)/衰(shuai)減片(pian)的支架

產品應用：

• 光譜(pu)分析(xi)、吸收光譜(pu)測量

• 透射(she)/反(fan)射(she)率測(ce)量

• 顏色測量

產品(pin)技(ji)術參數(shu)：

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寬(kuan)帶(dai)近(jin)(jin)(jin)紅外(wai)(NIR)光(guang)(guang)(guang)源在現代農業、疾(ji)病(bing)診斷(duan)和(he)(he)治療、定(ding)量成分檢測、夜視補光(guang)(guang)(guang)與成像等(deng)領域具有(you)廣(guang)闊的(de)應用前景。然而，目前商(shang)業化的(de)寬(kuan)帶(dai)近(jin)(jin)(jin)紅外(wai)光(guang)(guang)(guang)源普(pu)遍(bian)存在輸出功(gong)率(lv)(lv)低、器(qi)件結(jie)構復(fu)雜等(deng)問題，難以匹配(pei)新(xin)興的(de)高技術(shu)領域。作(zuo)為近(jin)(jin)(jin)年來的(de)研究熱點之一，基于藍光(guang)(guang)(guang)LED芯(xin)片和(he)(he)近(jin)(jin)(jin)紅外(wai)熒(ying)(ying)光(guang)(guang)(guang)粉制(zhi)作(zuo)的(de)熒(ying)(ying)光(guang)(guang)(guang)轉換型發光(guang)(guang)(guang)二(er)極管(guan)(pc-LED)，表現出可調諧的(de)寬(kuan)帶(dai)NIR發射(she)和(he)(he)接近(jin)(jin)(jin)0.5 W的(de)輸出功(gong)率(lv)(lv)，但這種光(guang)(guang)(guang)源所用到(dao)的(de)LED芯(xin)片和(he)(he)有(you)機樹脂分別受制(zhi)于“效率(lv)(lv)下降”和(he)(he)導(dao)熱性差(~ 0.5 W·m-1·K-1)，導(dao)致光(guang)(guang)(guang)源器(qi)件的(de)輸出功(gong)率(lv)(lv)難以得到(dao)進一步提升。

激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(LD)驅(qu)動近(jin)紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)透明陶瓷(ci)的(de)(de)出現(xian)，助力了(le)新(xin)一代激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源器(qi)件結(jie)構的(de)(de)產生(sheng)與應(ying)用，并為突破(po)上(shang)述困境(jing)提供了(le)新(xin)的(de)(de)思路。但(dan)是(shi)，新(xin)型高(gao)效近(jin)紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)陶瓷(ci)的(de)(de)發(fa)展卻受(shou)(shou)到了(le)非輻射弛豫的(de)(de)嚴(yan)重阻礙，這一現(xian)象為“能(neng)隙(xi)律”， 與此(ci)同時(shi)，寬帶近(jin)紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)發(fa)射起(qi)源于大的(de)(de)斯托克斯位移和(he)(he)強電子(zi)-聲(sheng)子(zi)耦合，這種本征的(de)(de)巨(ju)大能(neng)量消耗(hao)使得材(cai)料具有較低的(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)效率和(he)(he)較差的(de)(de)熱(re)穩(wen)定性，導(dao)致傳統的(de)(de)陶瓷(ci)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)粉(fen)在受(shou)(shou)到密集激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)激(ji)發(fa)時(shi)出現(xian)嚴(yan)重的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)飽(bao)(bao)和(he)(he)和(he)(he)熱(re)飽(bao)(bao)和(he)(he)現(xian)象，從而限制輸(shu)出功率的(de)(de)提升。因此(ci)，如(ru)何提高(gao)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)驅(qu)動的(de)(de)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)飽(bao)(bao)和(he)(he)閾值和(he)(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)轉換效率、如(ru)何克服“能(neng)隙(xi)律”來獲得高(gao)效且熱(re)穩(wen)定的(de)(de)長波(bo)寬帶近(jin)紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)發(fa)射(>800 nm)，是(shi)制約高(gao)性能(neng)近(jin)紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)材(cai)料研發(fa)的(de)(de)瓶(ping)頸。

最近(jin)，華南理(li)工大(da)學(xue)發(fa)光(guang)(guang)材料與器件國家重點(dian)實驗室(shi)夏志國教授(shou)課題組(zu)研制了(le)一種組(zu)成極為簡單的(de)(de)MgO:Cr3+近(jin)紅外熒光(guang)(guang)透明陶瓷，獲(huo)得(de)(de)發(fa)射(she)峰值(zhi)位于(yu)810 nm、外量(liang)子效率(lv)(lv)(EQE)高(gao)(gao)達(da)81%的(de)(de)寬(kuan)帶近(jin)紅外發(fa)光(guang)(guang)。Cr3+離子在(zai)Mg2+位點(dian)的(de)(de)異價取代使(shi)(shi)得(de)(de)結構中存(cun)在(zai)豐富的(de)(de)鎂(mei)空位(VMg′′)和具有不(bu)同局域環境的(de)(de)Cr3+發(fa)光(guang)(guang)中心。隨著溫度的(de)(de)升高(gao)(gao)，多(duo)個Cr3+發(fa)光(guang)(guang)中心之間存(cun)在(zai)顯(xian)著的(de)(de)聲子輔助(zhu)激發(fa)態能(neng)(neng)量(liang)傳遞(ET)過程，能(neng)(neng)量(liang)由短波長(724 nm)向長波長(810 nm)發(fa)光(guang)(guang)中心轉移，所以在(zai)一定程度上彌補了(le)“能(neng)(neng)隙律(lv)”中長波發(fa)射(she)非(fei)輻射(she)弛(chi)豫嚴(yan)重的(de)(de)缺點(dian)，使(shi)(shi)得(de)(de)MgO:0.2% Cr3+在(zai)460 nm激發(fa)下獲(huo)得(de)(de)了(le)87.5%@423K的(de)(de)優異熱穩定性。得(de)(de)益于(yu)其52 W·m-1·K-1的(de)(de)超高(gao)(gao)導熱率(lv)(lv)，研究者在(zai)22 W/mm2藍色激光(guang)(guang)泵浦下獲(huo)得(de)(de)了(le)超過6 W的(de)(de)寬(kuan)帶NIR輸出(chu)功率(lv)(lv)，光(guang)(guang)轉換效率(lv)(lv)達(da)到(dao)了(le)29%。這一強烈的(de)(de)近(jin)紅外光(guang)(guang)可以輕易穿透10 cm的(de)(de)人體肌肉組(zu)織(zhi)和3 mm厚的(de)(de)硬(ying)紙板，并分別觀察到(dao)組(zu)織(zhi)中的(de)(de)血管分布情況和紙板背后的(de)(de)剪刀輪廓，成像分辨(bian)率(lv)(lv)為6 lp/mm。

研究亮(liang)點

1.放(fang)電等離子體制備高性(xing)能近紅(hong)外熒光透明陶瓷

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+陶瓷(ci)照片(厚度0.5 mm)、透過率(lv)、外量子效率(lv)及熱導率(lv)測(ce)試結果

2.借助異(yi)價(jia)摻雜引入陽離子空位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(wen)熒光光譜(pu)(pu)(pu);b MgO:x%Cr3+陶(tao)瓷的發(fa)(fa)射光譜(pu)(pu)(pu);c MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷在460 nm激發(fa)(fa)和77 K低(di)溫(wen)下的發(fa)(fa)射光譜(pu)(pu)(pu)

3.密度泛函理論計算(suan)發光中(zhong)心形成能和電荷(he)分布揭示其發光機理

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CrMg•-VMg′′-CrMg•二聚(ju)體(ti)模(mo)型及(ji)其形成能;d 模(mo)型1中(zhong)局域(yu)電荷的分布(bu)情況

4.聲子輔(fu)助激(ji)發態(tai)能量傳遞(di)實現高熱穩定性近(jin)紅外發光

研究者還(huan)(huan)觀察到隨(sui)著溫度(du)(du)由77 K升到425 K，724 nm處(chu)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)射強(qiang)度(du)(du)和熒光(guang)壽命逐(zhu)漸(jian)減小，而810 nm處(chu)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)射強(qiang)度(du)(du)和熒光(guang)壽命呈現出(chu)(chu)先增(zeng)(zeng)后減的(de)(de)(de)趨勢(圖(tu)4a-c)，最(zui)終導(dao)(dao)致(zhi)陶瓷樣(yang)(yang)品具有(you)較好的(de)(de)(de)熒光(guang)熱穩(wen)定性87.5%@425K。考慮到結(jie)構中存在著多種Cr3+發(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)中心和激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態能(neng)(neng)(neng)級(ji)，以(yi)及Cr3+與基(ji)質晶(jing)格強(qiang)烈的(de)(de)(de)相互作用和聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)邊帶的(de)(de)(de)出(chu)(chu)現，研究者提出(chu)(chu)了聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)輔助的(de)(de)(de)激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態能(neng)(neng)(neng)量傳遞(di)機制(圖(tu)4d)。部(bu)分(fen)激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態能(neng)(neng)(neng)量由2E能(neng)(neng)(neng)級(ji)轉向4T2能(neng)(neng)(neng)級(ji)，使(shi)得810 nm處(chu)發(fa)(fa)(fa)(fa)射峰隨(sui)溫度(du)(du)升高略(lve)有(you)增(zeng)(zeng)強(qiang)。研究者還(huan)(huan)發(fa)(fa)(fa)(fa)現聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)參(can)與增(zeng)(zeng)大了Cr3+激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態電子(zi)(zi)與基(ji)質晶(jing)格的(de)(de)(de)耦合作用，使(shi)得發(fa)(fa)(fa)(fa)射峰發(fa)(fa)(fa)(fa)生了顯著寬化，所以(yi)總(zong)得積分(fen)強(qiang)度(du)(du)仍然保持很(hen)好的(de)(de)(de)熱穩(wen)定性(圖(tu)4e)。圖(tu)4f給出(chu)(chu)的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)順磁共振(EPR)光(guang)譜表明微量Cr3+摻(chan)雜的(de)(de)(de)樣(yang)(yang)品具有(you)幾個強(qiang)度(du)(du)相近的(de)(de)(de)信號(hao)峰。隨(sui)著Cr3+含量的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，正交對(dui)稱(cheng)的(de)(de)(de)Cr3+數(shu)量增(zeng)(zeng)加(jia)并(bing)與能(neng)(neng)(neng)量傳遞(di)過(guo)程共同導(dao)(dao)致(zhi)PL帶寬從78 nm增(zeng)(zeng)加(jia)到96 nm。此(ci)外，這(zhe)一能(neng)(neng)(neng)量擾動(dong)還(huan)(huan)使(shi)得具有(you)最(zui)高激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)態能(neng)(neng)(neng)量和立方對(dui)稱(cheng)的(de)(de)(de)Cr3+(g = 1.98)可以(yi)被檢測到，而來自不同二聚(ju)體的(de)(de)(de)其他(ta)信號(hao)同時消(xiao)失。

圖4 a-b MgO:0.2%Cr3+陶瓷的(de)溫度(du)依賴(lai)PL光譜和歸一化PL強度(du);c分別在(zai)724 nm和810 nm處監(jian)測得到的(de)溫度(du)依賴(lai)的(de)平均壽命;d MgO:Cr3+中Cr3+離子的(de)位(wei)形坐標圖;e活化能Ea和黃-里斯因子S作為(wei)溫度(du)函(han)數的(de)擬合結果。f MgO:x%Cr3+陶瓷的(de)EPR譜(x= 0.00001-0.005)。

5.22 W/mm2藍色激光(guang)泵浦下獲得超6 W寬帶近紅(hong)外光(guang)源

MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷高達81%的(de)(de)(de)EQE和52 W·m-1·K-1的(de)(de)(de)熱(re)導(dao)(dao)率(lv)(lv)表(biao)明其在大功(gong)(gong)率(lv)(lv)近紅外光(guang)源方面具有(you)(you)良(liang)好的(de)(de)(de)應用潛(qian)力。研(yan)究者(zhe)測試發現(xian)厚度為(wei)(wei)1.5 mm、摻雜量為(wei)(wei)0.2%的(de)(de)(de)陶(tao)瓷具有(you)(you)最(zui)高的(de)(de)(de)發光(guang)強度，其在450 nm激(ji)光(guang)激(ji)發下的(de)(de)(de)飽和功(gong)(gong)率(lv)(lv)密度達到了22 W/mm2.此時(shi)的(de)(de)(de)近紅外輸出功(gong)(gong)率(lv)(lv)為(wei)(wei)6.36 W，轉(zhuan)換效率(lv)(lv)為(wei)(wei)29%，并表(biao)現(xian)出良(liang)好的(de)(de)(de)空間分布均勻性(xing)。上述性(xing)能指(zhi)標(biao)是目前已經報(bao)導(dao)(dao)同類材料的(de)(de)(de)最(zui)高紀錄。

圖(tu)5 a 450 nm藍光輸(shu)(shu)入功(gong)(gong)率(lv)(lv)密度(du)依(yi)賴的MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)(ci)PL光譜;b 不同厚度(du)的MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)(ci)NIR輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)對比,;c-d MgO:x%Cr3+陶瓷(ci)(ci)的近紅(hong)外輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)及功(gong)(gong)率(lv)(lv)轉換效率(lv)(lv)，插(cha)圖(tu)展示了MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)(ci)在22 W/mm2藍色激(ji)(ji)光照射下(xia)的隨時間變(bian)化的PL強(qiang)度(du);e MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)(ci)與已報導材料的NIR輸(shu)(shu)出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)及功(gong)(gong)率(lv)(lv)轉換效率(lv)(lv)對比圖(tu);f MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)(ci)在藍色激(ji)(ji)光激(ji)(ji)發(fa)下(xia)的空(kong)間近紅(hong)外光分布(bu)。

6.大功率近紅外光源的無損(sun)檢測成像應用展(zhan)示

研(yan)究者最后利用MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷，結合(he)商業(ye)化藍光(guang)LD芯片封裝制(zhi)作了大功率(lv)(lv)近紅外(wai)光(guang)源，拍攝得(de)到了45 m外(wai)的(de)(de)(de)“SCUT”圖案(an)和木(mu)架的(de)(de)(de)夜視照(zhao)片。研(yan)究還給出了其(qi)成(cheng)像分(fen)辨率(lv)(lv)為6 lp/mm，并利用該近紅外(wai)光(guang)穿透10 cm的(de)(de)(de)上(shang)臂和3 mm厚(hou)的(de)(de)(de)硬紙板(ban)，分(fen)別(bie)得(de)到了血管分(fen)布和剪(jian)刀的(de)(de)(de)輪廓(圖6g-h)。大功率(lv)(lv)的(de)(de)(de)近紅外(wai)光(guang)源能夠幫(bang)助實(shi)現更(geng)深層次和更(geng)加細微的(de)(de)(de)組(zu)織觀察，未來有希(xi)望(wang)在生物醫學成(cheng)像領域獲得(de)應用。

圖(tu)(tu)6  a-b封裝(zhuang)的(de)NIR光源(yuan)的(de)器件實際結構和示意圖(tu)(tu)片;c-f分(fen)別在(zai)藍色激光照射下在(zai)附近和45 m距離處拍攝的(de)光源(yuan)、“SCUT”圖(tu)(tu)案和木(mu)架(jia)的(de)夜視照片;g厚度為(wei)0.5 mm的(de)MgO:0.2%Cr3+陶瓷成像檢測分(fen)辨率。h-i分(fen)別在(zai)穿透上臂和紙板后用近紅外光拍攝的(de)血管和剪刀(dao)的(de)圖(tu)(tu)像。