產品特點：

• 波長(chang)范圍覆蓋800 - 2500nm 的近紅外波段

• 智能電路控制和風冷散熱確保光源穩定輸出(chu)

• 輸出光(guang)可通過旋鈕進(jin)行(xing)0-100的(de)強(qiang)度調節(jie)

• 直接(jie)出(chu)光(guang)，也(ye)可(ke)由SMA905端口連(lian)接(jie)光(guang)纖耦合輸出(chu)

• 設有安插濾(lv)波片/衰減片的支架

產(chan)品應用：

• 光譜分析(xi)、吸收(shou)光譜測量

• 透射(she)(she)/反(fan)射(she)(she)率(lv)測量(liang)

• 顏色測量

產品技術參數：

更多光(guang)源產品(pin)，請移步KEWLAB中國(guo)網站(zhan)。

寬(kuan)帶(dai)近紅(hong)外(NIR)光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)在現代農(nong)業、疾病診斷和(he)治療(liao)、定量成(cheng)分(fen)(fen)檢測(ce)、夜視補光(guang)(guang)與成(cheng)像等領域具有廣闊的(de)(de)應用前景。然而，目前商(shang)業化的(de)(de)寬(kuan)帶(dai)近紅(hong)外光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)普遍存在輸出(chu)功率低(di)、器件結構復雜(za)等問題(ti)，難(nan)以匹配(pei)新興的(de)(de)高技(ji)術領域。作(zuo)為近年來的(de)(de)研(yan)究熱點之一(yi)(yi)，基于藍光(guang)(guang)LED芯片(pian)和(he)近紅(hong)外熒光(guang)(guang)粉制(zhi)作(zuo)的(de)(de)熒光(guang)(guang)轉換型發光(guang)(guang)二極管(pc-LED)，表現出(chu)可調諧的(de)(de)寬(kuan)帶(dai)NIR發射和(he)接近0.5 W的(de)(de)輸出(chu)功率，但這種光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)所用到的(de)(de)LED芯片(pian)和(he)有機樹脂分(fen)(fen)別受制(zhi)于“效率下降”和(he)導熱性差(cha)(~ 0.5 W·m-1·K-1)，導致光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)器件的(de)(de)輸出(chu)功率難(nan)以得到進一(yi)(yi)步提升。

激(ji)光二(er)極管(LD)驅(qu)動近(jin)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)熒(ying)(ying)光透明陶(tao)瓷的(de)(de)出(chu)現(xian)，助力了新一代激(ji)光熒(ying)(ying)光光源(yuan)器件結構的(de)(de)產生(sheng)與應用，并為突破(po)上述困境提(ti)供了新的(de)(de)思(si)路。但是，新型高(gao)(gao)效(xiao)(xiao)(xiao)近(jin)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)熒(ying)(ying)光陶(tao)瓷的(de)(de)發(fa)(fa)展卻受(shou)到了非輻射弛豫的(de)(de)嚴重阻礙，這一現(xian)象為“能隙(xi)律”， 與此同時，寬帶(dai)近(jin)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)發(fa)(fa)射起源(yuan)于大的(de)(de)斯托克斯位(wei)移(yi)和(he)(he)強電(dian)子-聲子耦合，這種本征的(de)(de)巨(ju)大能量(liang)消耗使得(de)(de)材料(liao)具有較低的(de)(de)發(fa)(fa)光效(xiao)(xiao)(xiao)率和(he)(he)較差(cha)的(de)(de)熱(re)穩定性(xing)，導致傳統的(de)(de)陶(tao)瓷熒(ying)(ying)光粉在受(shou)到密集(ji)激(ji)光激(ji)發(fa)(fa)時出(chu)現(xian)嚴重的(de)(de)光飽(bao)(bao)和(he)(he)和(he)(he)熱(re)飽(bao)(bao)和(he)(he)現(xian)象，從而限(xian)制輸出(chu)功率的(de)(de)提(ti)升。因(yin)此，如何提(ti)高(gao)(gao)激(ji)光驅(qu)動的(de)(de)發(fa)(fa)光飽(bao)(bao)和(he)(he)閾(yu)值和(he)(he)光轉換效(xiao)(xiao)(xiao)率、如何克服“能隙(xi)律”來獲得(de)(de)高(gao)(gao)效(xiao)(xiao)(xiao)且熱(re)穩定的(de)(de)長波寬帶(dai)近(jin)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)發(fa)(fa)射(>800 nm)，是制約高(gao)(gao)性(xing)能近(jin)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)發(fa)(fa)光材料(liao)研(yan)發(fa)(fa)的(de)(de)瓶頸。

最近(jin)(jin)，華南(nan)理工大學發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)材料(liao)與器件國家重點(dian)實驗(yan)室夏志(zhi)國教授課題組(zu)研制(zhi)了(le)一種組(zu)成(cheng)極為簡單的(de)(de)(de)(de)(de)MgO:Cr3+近(jin)(jin)紅外熒(ying)光(guang)(guang)透明陶瓷，獲(huo)得(de)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)射峰(feng)值(zhi)位于810 nm、外量(liang)子效(xiao)率(lv)(lv)(lv)(EQE)高達81%的(de)(de)(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)帶近(jin)(jin)紅外發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)。Cr3+離子在(zai)(zai)Mg2+位點(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)異(yi)價取代使得(de)結構中(zhong)存(cun)(cun)在(zai)(zai)豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)鎂空位(VMg′′)和(he)具有不同局域環境(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)Cr3+發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)中(zhong)心(xin)(xin)。隨著溫度的(de)(de)(de)(de)(de)升高，多個Cr3+發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)中(zhong)心(xin)(xin)之間存(cun)(cun)在(zai)(zai)顯(xian)著的(de)(de)(de)(de)(de)聲子輔助激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)態(tai)能量(liang)傳遞(ET)過程，能量(liang)由(you)短波(bo)長(chang)(chang)(chang)(724 nm)向(xiang)長(chang)(chang)(chang)波(bo)長(chang)(chang)(chang)(810 nm)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)光(guang)(guang)中(zhong)心(xin)(xin)轉移，所以在(zai)(zai)一定程度上彌補了(le)“能隙律”中(zhong)長(chang)(chang)(chang)波(bo)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)射非輻(fu)射弛豫嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)缺點(dian)，使得(de)MgO:0.2% Cr3+在(zai)(zai)460 nm激(ji)發(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)下(xia)獲(huo)得(de)了(le)87.5%@423K的(de)(de)(de)(de)(de)優異(yi)熱穩定性。得(de)益于其52 W·m-1·K-1的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)高導熱率(lv)(lv)(lv)，研究者在(zai)(zai)22 W/mm2藍色激(ji)光(guang)(guang)泵(beng)浦下(xia)獲(huo)得(de)了(le)超(chao)(chao)過6 W的(de)(de)(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)帶NIR輸出功率(lv)(lv)(lv)，光(guang)(guang)轉換效(xiao)率(lv)(lv)(lv)達到了(le)29%。這一強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)(de)近(jin)(jin)紅外光(guang)(guang)可以輕易穿透10 cm的(de)(de)(de)(de)(de)人體肌(ji)肉組(zu)織和(he)3 mm厚的(de)(de)(de)(de)(de)硬紙板(ban)，并分(fen)別(bie)觀察到組(zu)織中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)血管分(fen)布情(qing)況和(he)紙板(ban)背(bei)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)剪(jian)刀輪廓(kuo)，成(cheng)像分(fen)辨率(lv)(lv)(lv)為6 lp/mm。

研究亮點

1.放電等離子(zi)體制備(bei)高性能近紅外熒光透明陶瓷

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(tu)1 a-d MgO:Cr3+陶瓷(ci)照片(pian)(厚度(du)0.5 mm)、透過率(lv)、外量子效率(lv)及熱(re)導率(lv)測試結果

2.借助異(yi)價摻雜引入陽(yang)離子空位調(diao)控發光中心(xin)局域結構

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(tu)2 a MgO:0.2%Cr3+陶(tao)(tao)瓷的(de)室溫熒光光譜(pu);b MgO:x%Cr3+陶(tao)(tao)瓷的(de)發(fa)射(she)(she)光譜(pu);c MgO:0.2%Cr3+陶(tao)(tao)瓷在460 nm激發(fa)和(he)77 K低(di)溫下的(de)發(fa)射(she)(she)光譜(pu)

3.密度(du)泛函(han)理論(lun)計算發光(guang)中心形成(cheng)能和電荷(he)分布揭示其發光(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(xing)及其(qi)形成能;d 模型(xing)1中局域電荷的(de)分布(bu)情況(kuang)

4.聲子輔助激發(fa)態能量傳遞實(shi)現高熱穩定性近紅外發(fa)光

研(yan)(yan)究者還(huan)觀察(cha)到(dao)(dao)(dao)隨著溫度(du)(du)(du)由(you)77 K升到(dao)(dao)(dao)425 K，724 nm處(chu)的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)射(she)強度(du)(du)(du)和(he)熒(ying)光(guang)(guang)壽(shou)命(ming)逐漸減小，而(er)810 nm處(chu)的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)射(she)強度(du)(du)(du)和(he)熒(ying)光(guang)(guang)壽(shou)命(ming)呈現出(chu)(chu)先增(zeng)(zeng)后(hou)減的(de)(de)(de)(de)趨勢(圖(tu)4a-c)，最(zui)終導致(zhi)陶瓷(ci)樣(yang)品具有較好(hao)的(de)(de)(de)(de)熒(ying)光(guang)(guang)熱穩定性87.5%@425K。考慮(lv)到(dao)(dao)(dao)結構(gou)中(zhong)存在著多種Cr3+發(fa)(fa)光(guang)(guang)中(zhong)心和(he)激(ji)(ji)發(fa)(fa)態(tai)能級，以(yi)(yi)及Cr3+與(yu)(yu)基質晶格(ge)強烈的(de)(de)(de)(de)相互作用和(he)聲(sheng)子(zi)邊帶(dai)的(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)現，研(yan)(yan)究者提出(chu)(chu)了(le)聲(sheng)子(zi)輔助的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)發(fa)(fa)態(tai)能量(liang)傳遞機制(圖(tu)4d)。部分(fen)激(ji)(ji)發(fa)(fa)態(tai)能量(liang)由(you)2E能級轉(zhuan)向4T2能級，使(shi)得810 nm處(chu)發(fa)(fa)射(she)峰隨溫度(du)(du)(du)升高略有增(zeng)(zeng)強。研(yan)(yan)究者還(huan)發(fa)(fa)現聲(sheng)子(zi)的(de)(de)(de)(de)參與(yu)(yu)增(zeng)(zeng)大了(le)Cr3+激(ji)(ji)發(fa)(fa)態(tai)電子(zi)與(yu)(yu)基質晶格(ge)的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合作用，使(shi)得發(fa)(fa)射(she)峰發(fa)(fa)生了(le)顯著寬化，所(suo)以(yi)(yi)總得積分(fen)強度(du)(du)(du)仍然保持很好(hao)的(de)(de)(de)(de)熱穩定性(圖(tu)4e)。圖(tu)4f給(gei)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)電子(zi)順磁共(gong)振(zhen)(EPR)光(guang)(guang)譜(pu)表明(ming)微量(liang)Cr3+摻雜(za)的(de)(de)(de)(de)樣(yang)品具有幾(ji)個(ge)強度(du)(du)(du)相近的(de)(de)(de)(de)信號(hao)峰。隨著Cr3+含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，正(zheng)交對(dui)稱的(de)(de)(de)(de)Cr3+數量(liang)增(zeng)(zeng)加(jia)并與(yu)(yu)能量(liang)傳遞過程共(gong)同導致(zhi)PL帶(dai)寬從78 nm增(zeng)(zeng)加(jia)到(dao)(dao)(dao)96 nm。此(ci)外，這一能量(liang)擾(rao)動還(huan)使(shi)得具有最(zui)高激(ji)(ji)發(fa)(fa)態(tai)能量(liang)和(he)立方對(dui)稱的(de)(de)(de)(de)Cr3+(g = 1.98)可以(yi)(yi)被檢測(ce)到(dao)(dao)(dao)，而(er)來(lai)自不同二聚體(ti)的(de)(de)(de)(de)其他信號(hao)同時消(xiao)失。

圖4 a-b MgO:0.2%Cr3+陶瓷的(de)溫度依賴PL光(guang)譜和(he)歸一化PL強(qiang)度;c分別在724 nm和(he)810 nm處監(jian)測得到的(de)溫度依賴的(de)平均壽命(ming);d MgO:Cr3+中Cr3+離子的(de)位(wei)形坐(zuo)標圖;e活化能(neng)Ea和(he)黃-里斯因子S作為溫度函數的(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(lan)色激光(guang)泵浦下獲得超6 W寬帶(dai)近紅外光(guang)源

MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)高(gao)達(da)81%的(de)EQE和(he)(he)52 W·m-1·K-1的(de)熱導(dao)率表(biao)明其在大(da)功(gong)(gong)率近紅外光(guang)源方面具(ju)有(you)良好的(de)應用潛力。研究者測試發(fa)現(xian)厚(hou)度(du)為(wei)1.5 mm、摻(chan)雜量為(wei)0.2%的(de)陶瓷(ci)具(ju)有(you)最高(gao)的(de)發(fa)光(guang)強(qiang)度(du)，其在450 nm激光(guang)激發(fa)下的(de)飽和(he)(he)功(gong)(gong)率密(mi)度(du)達(da)到了(le)22 W/mm2.此時(shi)的(de)近紅外輸出功(gong)(gong)率為(wei)6.36 W，轉換效率為(wei)29%，并表(biao)現(xian)出良好的(de)空間分布均勻性(xing)(xing)。上述性(xing)(xing)能指標(biao)是目前已(yi)經報導(dao)同(tong)類材(cai)料的(de)最高(gao)紀錄。

圖5 a 450 nm藍(lan)(lan)光(guang)輸(shu)入(ru)功(gong)(gong)率(lv)(lv)密度(du)依賴(lai)的MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)PL光(guang)譜;b 不(bu)同厚度(du)的MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)NIR輸(shu)出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)對比(bi),;c-d MgO:x%Cr3+陶(tao)瓷(ci)的近紅外輸(shu)出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)及功(gong)(gong)率(lv)(lv)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)，插圖展示了(le)MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)在(zai)22 W/mm2藍(lan)(lan)色激光(guang)照(zhao)射(she)下的隨(sui)時間變化(hua)的PL強度(du);e MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)與已報導材料的NIR輸(shu)出(chu)功(gong)(gong)率(lv)(lv)及功(gong)(gong)率(lv)(lv)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)對比(bi)圖;f MgO:0.2%Cr3+陶(tao)瓷(ci)在(zai)藍(lan)(lan)色激光(guang)激發(fa)下的空間近紅外光(guang)分(fen)布。

6.大功率近(jin)紅外光源的無損檢測(ce)成像應用展示

研究者最后利用MgO:0.2%Cr3+陶瓷，結(jie)合商業化藍光(guang)(guang)LD芯片(pian)封(feng)裝制作了大功率近紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)(guang)源，拍攝得(de)到了45 m外(wai)的(de)“SCUT”圖案和(he)(he)木架的(de)夜視照片(pian)。研究還(huan)給出了其(qi)成(cheng)像分(fen)辨(bian)率為(wei)6 lp/mm，并利用該近紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)(guang)穿透10 cm的(de)上臂和(he)(he)3 mm厚的(de)硬紙板，分(fen)別得(de)到了血管分(fen)布和(he)(he)剪刀的(de)輪廓(圖6g-h)。大功率的(de)近紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)(guang)源能夠幫助實現更深(shen)層次和(he)(he)更加細微(wei)的(de)組織觀察，未來有希望(wang)在生(sheng)物醫學(xue)成(cheng)像領域獲得(de)應用。

圖(tu)6  a-b封裝的(de)NIR光(guang)源的(de)器件實際結構(gou)和示(shi)意圖(tu)片(pian);c-f分別在(zai)藍色激光(guang)照射下在(zai)附近和45 m距離處拍攝的(de)光(guang)源、“SCUT”圖(tu)案(an)和木架(jia)的(de)夜(ye)視(shi)照片(pian);g厚(hou)度為0.5 mm的(de)MgO:0.2%Cr3+陶瓷(ci)成像檢測分辨(bian)率。h-i分別在(zai)穿透上臂和紙板后用近紅外光(guang)拍攝的(de)血管和剪(jian)刀的(de)圖(tu)像。