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近中紅外熒光光譜系統(tǒng)

近中紅外具體指哪個(gè)波段？

      紅外波，是電磁頻譜中的重要組成部分。相較于我們常說的可見光波段，是人眼所無法看到的成分。紅外輻射覆蓋從700nm到1mm的范圍，常見地按照波段進(jìn)行區(qū)分，紅外分為以下幾個(gè)部分：近紅外（0.751.4μm）、短波紅外（1.4-3μm）、中紅外（3-8μm）、長波紅外（8-15μm）、遠(yuǎn)紅外（15-1000μm），所以近中紅外區(qū)我們大致概括為700nm到8μm范圍。

紅外與電磁波譜的關(guān)系

波段	波長范圍	應(yīng)用領(lǐng)域
近紅外	0.75 - 1.4μm	材料科學(xué)、光纖通信，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
短波紅外	1.4 - 3μm	電信和軍事應(yīng)用
中紅外	3 - 8μm	化學(xué)工業(yè)和天文學(xué)
長波紅外	8 - 15μm	天文望遠(yuǎn)鏡和光纖通信
遠(yuǎn)紅外	15 - 1000μm	通常用于癌癥治療

不同紅外區(qū)的波段及應(yīng)用

近中紅外熒光材料的典型應(yīng)用——近中紅外激光晶體

Er:YAG和Cr,Er:YAG激光晶體棒的圖片

      由于3μm中紅外波段激光在軍工領(lǐng)域、激光理療設(shè)備及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，稀土離子摻雜的固體激光材料因此得到廣泛關(guān)注及大量研究。

      較早被研究的材料有基于808nm、980nm激光器激發(fā)的Er3+的2.7μm發(fā)射（4I11/2-4I13/2躍遷），隨著半導(dǎo)體激光器在短波長逐漸成熟，衍生出了Ho3+離子摻雜的LiYF4，使用640nm的激光激發(fā)可產(chǎn)生1.2μm（5I6-5I8），2.0μm（5I7-5I8），2.8-3μm（5I5-5I7）均具有較強(qiáng)的熒光，再有硫系玻璃如Ho3+摻雜的Ge-Ga-S-CsI玻璃，在900nm激發(fā)下能夠發(fā)射2.81μm（5I6-5I7）和3.86μm（5I5-5I6）。

近中紅外客戶案例與實(shí)測數(shù)據(jù)

1) 摻鉺微晶玻璃的中紅外熒光光譜

      在眾多激光玻璃材料中，由于Er離子摻雜的氟化物玻璃具有較低的聲子能量、優(yōu)異的中紅外透過特性、較高的激光損傷閾值，因此它是目前實(shí)現(xiàn)2.7μm波段光纖激光器的候選材料并備受關(guān)注，其2.7μm波段發(fā)光源于Er3+離子的4I11/2-4I13/2躍遷。

      采用卓立漢光中紅外熒光測試系統(tǒng)，系統(tǒng)組成：980nm激光器、Omni-λ5015i影像校正型紅外單色儀、紅外鍍金反射式樣品室、液氮制冷型InSb探測器（光譜響應(yīng)范圍1-5.5um）。

摻鉺中紅外熒光微晶玻璃

PL譜測試結(jié)果，發(fā)射峰在2.7μm左右。

2) 近中紅外熒光光譜系統(tǒng)

配置808nm，980nm激光器摻Er離子樣品發(fā)射在1550nm，2730nm左右。

3) 近中紅外熒光光譜系統(tǒng)

YAG:Er晶體

液氮制冷型MCT檢測器

1、基于全光纖結(jié)構(gòu)的2-6.5μm紅外高能量超連續(xù)光源輸出光譜測量[1]

 (a) 不同長度的As2S3光纖輸出光譜測量; (b) 4m As2S3 光纖在不同輸入光能量下的輸出光譜

2、PPLN晶體中通過溫度調(diào)諧自由差頻產(chǎn)生的連續(xù)波2.9-3.8μm 隨機(jī)激光光譜測量[2]

2.9μm-3.8μm可調(diào)諧中紅外隨機(jī)激光光譜測量

液氮制冷型InSb檢測器

1、中紅外發(fā)光硫鹵玻璃陶瓷中紅外發(fā)光研究[3]，通過引入Ga2S3納米晶，*大增強(qiáng)了硫鹵玻璃陶瓷位于2.3和3.8μm處的中紅外發(fā)光強(qiáng)度。下圖為440℃不同熱處理時(shí)間下的硫鹵玻璃陶瓷中紅外發(fā)射光譜測試，淺藍(lán)曲線為主體玻璃陶瓷的發(fā)光。

 

硫鹵玻璃陶瓷中紅外發(fā)射光譜

2、能量轉(zhuǎn)移相關(guān)的Ho3+摻雜Yb3+敏化氟鋁酸玻璃的中紅外2.85μm發(fā)光研究[4]

Ho3+/Yb3+ 摻雜氟鋁酸玻璃的中紅外熒光光譜

TE制冷型InGaAs檢測器

Bi:CsI晶體的超寬近紅外發(fā)光光譜[5]

300K不同激發(fā)波長下Bi:CsI 晶體的近紅外發(fā)光光譜

參考文獻(xiàn)：

【1】Bin Yan etal, Optics Express, Vol. 29, No. 3

【2】Bo Hu etal, Science China-Information Sciences , August 2023, Vol. 66

【3】Shixun Dai etal, Journal of Non-Crystalline Solids 357 (2011) 2302–2305

【4】Beier Zhou etal，Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 149(2014)41–50

【5】Liangbi Su etal, OPTICS LETTERS , Vol. 36, No. 23, December 1, 2011