1 广州医科大学生物医学工程学院，广东 广州 511436
2 宁波大学信息科学与工程学院光+X交叉科学与技术研究院，浙江 宁波 315211
近红外光源对生物组织具有穿透力强、无损检测、信噪比高等特点，广泛应用于成分检测、安防监控、生物医学等领域。但是目前缺乏高效率、便携化的近红外光源，这成为了限制智能检测技术发展的关键。与传统的近红外光源相比，荧光粉转换的近红外LED光源（NIR pc-LED）具有便携、高效的特点。本研究采用工艺简单、绿色环保的水热法合成了Li3Na3Ga2F12∶Cr3+近红外宽带荧光粉，并通过控制保温温度、保温时间等参数，确定了荧光材料的最佳合成方案，研究了氟化物颗粒尺寸、形貌演化，以及Cr3+掺杂浓度对Li3Na3Ga2F12∶Cr3+发光性能的影响。Li3Na3Ga2F12∶Cr3+材料能够实现630~980 nm范围宽带发射，半峰全宽（FWHM）为110 nm，峰值为766 nm，其内量子效率高达74%。结合商用蓝光LED，成功封装了近红外宽带LED光源，其在50 mA驱动电流下的近红外光输出功率是10.32 mW，光电转换效率达到5.1%。最后通过鸡胸肉下的静脉近红外成像以及夜视成像演示，验证了该近红外宽带LED光源在医疗以及食品检测等成像领域中的应用可行性。
绿色合成 宽带近红外发光 Li3Na3Ga2F12∶Cr3+ LED器件 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316004
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center for Humanoid Sensing, Zhejiang Lab, Hangzhou 311121, China
2 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 311100, China
Bismuth (Bi)-doped near-infared (NIR) glass that can cover the entire optical communication window (850, 1310, and 1550 nm) has become the subject of extensive research for developing photonic devices, particularly, tunable fiber lasers and ultrabroadband optical amplifiers. However, the realization of highly efficient NIR luminescence from Bi-doped glass is still full of challenges. Notably, due to the co-existence of multiple Bi NIR centers in the glass, the origin of newly generated Bi NIR emission peaks at ∼930 and ∼1520 nm is still controversial. Here, we report a new Bi-doped nitridated germanate glass with tunable ultrabroadband NIR emission (850–1700 nm) and high external quantum efficiency (EQE) of . A series of studies, including spectral analysis, nuclear magnetic resonance (NMR), and others, provide powerful evidence for the mechanism of luminescence enhancement and tunability, and make reasonable inferences about the origin of the new emission bands at ∼930 and ∼1520 nm. We believe that the results discussed above would enrich our understanding about multiple Bi NIR emission behaviors and contribute to the design and fabrication of highly efficient Bi-doped ultrabroadband wavelength-tunable optical glass fiber amplifiers and lasers in the future.
bismuth germanate glass near-infrared luminescence Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051601
宁波大学高等技术研究院, 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
随着全球信息化和网络化迅猛发展, 信息量呈爆炸式增长。激增的信息量急需构筑海量光通信系统, 充分利用全波石英光纤低损耗带宽资源。这迫切需要开发新型宽带光放大材料。因此, 宽带近红外发光玻璃及光纤近年来一直受到国内外的普遍关注, 发展迅猛。本文介绍了宽带近红外发光玻璃及光纤的发展现状, 内容包括稀土、过渡金属、主族元素、量子点掺杂玻璃及光纤, 分析这些玻璃及光纤材料目前存在的问题, 最后对宽带近红外发光玻璃及光纤的发展趋势和应用需求进行了总结和展望。
宽带 近红外发光 玻璃 光纤 broadband near-infrared luminescence glass fiber
宁波大学高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
可调宽带近红外发光材料作为红外光源和可调谐光纤激光器核心组件, 在高容量光纤通信、成像和遥感等现代技术中发挥着至关重要的作用。本文研究了碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃的宽带近红外发光性能调控方案及其机理。通过引入碳构建还原气氛, 还原TeO2原料为碲原子; 再优化CaO、Al2O3含量, 调整碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃中碲拓扑笼的结构和大小, 稳定并调控碲团簇发光中心, 实现高效且可调谐的宽带近红外发光。最后通过改变TeO2掺杂含量, 提供可形成团簇的合适含量碲源, 进一步增强碲近红外发光, 并揭示了碲近红外发光性能调控机理。本研究为未来宽带、高效、可调谐的近红外发光材料设计提供了重要指导, 推进了其在宽带光放大器和可调谐激光器中的应用。
碲团簇 近红外发光 宽带可调谐 调控机理 tellurium clusters near-infrared luminescence tunable broadband regulation mechanism
1 中国计量大学 材料与化学学院, 浙江 杭州 310018
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 人工晶体研究中心, 上海 201899
近年来, 以雪崩二极管和硅光电倍增管为代表的高探测效率、长波敏感的硅基光探测器件技术得到快速发展, 这使得具有红光-近红外发光特性的闪烁晶体材料逐渐受到关注。本文综述了红光-近红外发光金属卤化物闪烁晶体的发展历程, 重点介绍了基于Eu2+-Sm2+能量传递的新型红光-近红外发光卤化物晶体的发光机理、闪烁性能和实现高效红光-近红外闪烁发光的材料选择原则, 并从材料制备和探测器应用的角度分析了红光-近红外发光闪烁晶体发展所面临的问题。
红光-近红外发光 闪烁晶体 光电转换器件 金属卤化物 核辐射探测 red and near-infrared luminescence scintillation crystal photoelectric conversion device metal halide nuclear radiation detection
1 浙江工业大学光电子智能化技术研究所，浙江 杭州 310023
2 浙江大学材料科学与工程学院，浙江 杭州 310027
3 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
由于独特的光学和电学特性，量子点在光电器件、生物医学、非线性光学等领域有着重要的应用，尤其是Ⅳ-Ⅵ族半导体量子点，其荧光发射波段可以覆盖整个近红外光通信波段，引起了人们的广泛关注和研究。为了提升量子点的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性，科学家提出将量子点掺入玻璃基质中，从而得到块体和固态发光材料。本文阐述了PbSe和PbS量子点掺杂玻璃和光纤的研究进展和应用，总结了研究中存在的问题，并展望了未来的研究方向。
材料 量子点玻璃 量子点光纤 近红外发光 半导体量子点 激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516018
南阳理工学院电子与电气工程学院, 南阳 473000
稀土离子的近红外发光性能在光通信和太阳能利用等领域应用广泛。针对材料近红外发光性能较弱的问题, 采用Ce3+的敏化作用, 提高Nd3+的近红外发 光性能。利用提拉法生长得到大尺寸的Ce3+和Nd3+共掺杂Y3Al5O12(YAG)单晶, 用X-射线衍射仪对其物相进行分析, 并通过透射光谱对晶体透光率和吸收性质 进行了表征。通过对Ce3+的激发和发射光谱分析, 初步判断Ce3+和Nd3+间的能量传递行为。并通过Nd3+近红外激发和发射光谱分析, 研究Ce3+对Nd3+发光的影 响。实验结果表明, 由于Ce3+向Nd3+的有效能量传递作用, YAG∶Ce3+,Nd3+在450 nm蓝光激发时, 近红外1 060 nm发光增强1.5倍。
钇铝石榴石单晶 稀土掺杂 发光性能 能量传递 近红外发光 yttrium aluminum garnet single crystal rare earth doping luminescence property energy transfer near infrared luminescence
1 沈阳师范大学 化学化工学院, 辽宁 沈阳 110034
2 中国科学院长春应用化学研究所 稀土资源利用国家重点实验室, 吉林 长春 130022
采用高温固相法合成了一种新型近红外发光材料Mg2-xSnO4∶xCr3+。利用X射线粉末衍射仪对样品的结构进行了表征, 证明所得到的荧光粉具有单一尖晶石结构, 掺杂离子的加入并没有改变晶体结构。利用荧光光谱和荧光衰减光谱对荧光粉的发光性质进行了研究。当被470 nm的蓝光激发时, 荧光粉在700 nm处出现一个尖锐的发射峰(R锐线)和中心发射在750 nm处的宽带发射峰, 分别归属于Cr3+的2E→4A2和4T2(4F)→4A2跃迁。研究不同浓度Cr3+掺杂对样品发光性质的影响, 发现样品的发光强度随着Cr3+浓度的增加而增大。当Cr3+掺杂浓度x=0.02时达到最大值, 之后出现发光强度的猝灭, 猝灭机理为多极相互作用。样品的荧光寿命随着Cr3+掺杂浓度的增大逐渐减小, 从而证明Cr3+之间存在着能量传递现象。Mg2-xSnO4∶xCr3+系列荧光粉还表现出了近红外长余辉发光性质。
近红外发光 荧光材料 光谱性质 余辉 Mg2SnO4 Mg2SnO4 near infrared luminescence fluorescent material optical properties afterglow
长春大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130012
研制了一种新型的PbSe量子点近红外光源，其光致发光谱较窄，能有效匹配气体的红外吸收峰。采用配位溶剂法合成出51 nm的PbSe量子点，并将其沉积到GaN芯片上(沉积厚度为1655 μm)，经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源。该光源第一激子吸收峰位于1 592 nm，光致发光峰位于1 665 nm，其发射光谱包含了1 625~1 840 nm之间的CH4气体的全部的吸收谱。利用其进行CH4气体浓度检测实验，结果表明，系统的检测下限可以达到100×10-6，检测误差为2%。这种由PbSe量子点近红外光源构成的新型检测系统具有低功耗、低成本和高效能等优点，将其应用在气体检测中时可以略去滤光片，其在红外气体检测领域中有着较广阔的应用前景。
CH4气体检测 PbSe量子点 近红外发光 CH4 gas detection PbSe quantum dots near-infrared luminescence
1 云南大学 材料科学与工程学院 国家光电子能源材料国际联合研究中心, 云南 昆明 650091
2 云南大学 光电信息材料研究所, 云南 昆明 650091
3 云南省微纳材料与技术重点实验室, 云南 昆明 650091
采用传统高温熔融法制备了Bi/Yb3+共掺杂锗酸盐玻璃, 通过吸收光谱、近红外光谱和荧光衰减寿命测试, 研究了玻璃样品的近红外发光性质.研究结果表明, 玻璃样品在980 nm 或808 nm 激光激发下, 均能同时观察到Yb3+离子和Bi离子的近红外发光, Yb3+离子与Bi离子之间存在相互能量传递.随着Yb3+离子浓度的增加, 玻璃基质的光学碱度和Yb3+离子到 Bi 离子的能量传递效率均增加, 讨论了能量传递效率的提高对Bi离子发光的增强作用与光学碱度增加对Bi离子发光的削弱作用的竞争影响机制, 获得了Bi/Yb3+离子共掺杂锗酸盐玻璃的近红外发光的机理.
Bi/Yb3+共掺杂 能量传递 近红外发光 光学碱度 锗酸盐玻璃 Bi/Yb3+ co-doped energy transfer near infrared luminescence optical basicity germanate glass
