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研究進展
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基于Te團簇摻雜玻璃的智能寬帶近紅外光源及其夜視和近紅外光譜應用研究
作者: irglass 時間: 2022-04-29 瀏覽:240 次

       近紅外光(700-1300 nm)具有深入滲透到有機組織中的能力,在醫療行業,生物傳感,食品加工和夜視技術中具有廣泛應用。智能近紅外光源可以與智能手機結合使用,以獲得方便的手持近紅外傳感和成像設備。與傳統的近紅外光源(如鹵鎢燈和激光二極管)相比,近紅外發光二極管(LED)因其固態和緊湊的尺寸而具有高效率和長壽命的特點,可用于智能近紅外設備。然而,由于食品或生物組織中相關有機分子的光譜特性覆蓋了很寬的波長范圍,近紅外LED發光帶寬較窄限制了其在生物傳感和食品分析中的應用。因此,急需開發可調諧寬帶近紅外光源。眾所周知,近紅外熒光粉和玻璃具有可調寬帶發光,結合高發光效率的商用藍光LED芯片,是實現緊湊,低成本智能寬帶近紅外光源有效途徑。然而,目前缺少寬帶近紅外發光材料,特別是發光峰值在900-1100 nm波長范圍內的材料。該光譜區域對于提高無創健康監測和食品質量控制中光譜檢測的準確性和靈敏度至關重要。因此,急需開發新型高效、寬帶、發光峰位覆蓋900-1100 nm近紅外光源。

       近日,我室講師譚林玲(第一作者)、林常規研究員(通訊作者)和岳遠征院士(通訊作者)等聯合在光學領域TOP期刊Photonics Research(IF: 7.08)上發表了關于玻璃拓撲結構和氣氛調控團簇實現藍光芯片可激發的高效寬帶紅外光源應用于夜視和紅外光譜技術的文章(https://doi.org/10.1364/PRJ.446416,2022, 10(5): 1187-1193.)題為“Broadband NIR-emitting Te cluster-doped glass for smart light source towards night-vision and NIR spectroscopy applications”在這項工作中,首次報道了Te團簇摻雜硼酸鹽玻璃的發光,該玻璃在藍光激發下,具有覆蓋700至1500 nm,發光峰位980 nm,半高寬306 nm的超寬帶近紅外發光。提出了一種調整玻璃基體的玻璃化學性質、加工參數和玻璃拓撲結構特征的方法。通過碳引入硼酸鹽玻璃熔體中創造還原氣氛,在玻璃中產生穩定近紅外活性Te團簇,從而實現寬帶近紅外發光。通過調整玻璃化學性質和網絡拓撲特征,調控Te簇摻雜玻璃的光譜特性,獲得發光峰位在904至1026 nm波長范圍內可調發光。該波段發光與水,蛋白質和脂肪中常見化學鍵的振動吸收帶完美匹配,實現光譜檢測的高靈敏度和準確性。最后我們結合藍光LED芯片和碲摻雜硼酸鹽玻璃成功制備了高光電轉換效率的LED紅外光源,并展示其在夜視和近紅外光譜檢測中的應用。

       總之,我們的工作不僅為設計和優化Te簇摻雜近紅外玻璃材料提供了有效的策略,還將推動了下一代智能近紅外光源的開發和應用。

圖1 還原氣氛調控穩定碲團簇及團簇鑒定及其寬帶發光

圖2 玻璃拓撲結構和化學環境調控Te團簇構型和化學價態,實現可調諧寬帶發光

圖3 Te團簇摻雜玻璃結合藍光芯片組裝LED器件的光電性能

圖4 LED器件在夜視應用演示和紅外光譜檢測性能

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