基于Te团簇掺杂玻璃的智能宽带近红外光源及其夜视和近红外光谱应用研究 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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基于Te团簇掺杂玻璃的智能宽带近红外光源及其夜视和近红外光谱应用研究
作者: irglass 时间: 2022-04-29 浏览:173 次

       近红外光(700-1300 nm)具有深入渗透到有机组织中的能力,在医疗行业,生物传感,食品加工和夜视技术中具有广泛应用。智能近红外光源可以与智能手机结合使用,以获得方便的手持近红外传感和成像设备。与传统的近红外光源(如卤钨灯和激光二极管)相比,近红外发光二极管(LED)因其固态和紧凑的尺寸而具有高效率和长寿命的特点,可用于智能近红外设备。然而,由于食品或生物组织中相关有机分子的光谱特性覆盖了很宽的波长范围,近红外LED发光带宽较窄限制了其在生物传感和食品分析中的应用。因此,急需开发可调谐宽带近红外光源。众所周知,近红外荧光粉和玻璃具有可调宽带发光,结合高发光效率的商用蓝光LED芯片,是实现紧凑,低成本智能宽带近红外光源有效途径。然而,目前缺少宽带近红外发光材料,特别是发光峰值在900-1100 nm波长范围内的材料。该光谱区域对于提高无创健康监测和食品质量控制中光谱检测的准确性和灵敏度至关重要。因此,急需开发新型高效、宽带、发光峰位覆盖900-1100 nm近红外光源。

       近日,我室讲师谭林玲(第一作者)、林常规研究员(通讯作者)和岳远征院士(通讯作者)等联合在光学领域TOP期刊Photonics Research(IF: 7.08)上发表了关于玻璃拓扑结构和气氛调控团簇实现蓝光芯片可激发的高效宽带红外光源应用于夜视和红外光谱技术的文章(https://doi.org/10.1364/PRJ.446416,2022, 10(5): 1187-1193.)题为“Broadband NIR-emitting Te cluster-doped glass for smart light source towards night-vision and NIR spectroscopy applications”在这项工作中,首次报道了Te团簇掺杂硼酸盐玻璃的发光,该玻璃在蓝光激发下,具有覆盖700至1500 nm,发光峰位980 nm,半高宽306 nm的超宽带近红外发光。提出了一种调整玻璃基体的玻璃化学性质、加工参数和玻璃拓扑结构特征的方法。通过碳引入硼酸盐玻璃熔体中创造还原气氛,在玻璃中产生稳定近红外活性Te团簇,从而实现宽带近红外发光。通过调整玻璃化学性质和网络拓扑特征,调控Te簇掺杂玻璃的光谱特性,获得发光峰位在904至1026 nm波长范围内可调发光。该波段发光与水,蛋白质和脂肪中常见化学键的振动吸收带完美匹配,实现光谱检测的高灵敏度和准确性。最后我们结合蓝光LED芯片和碲掺杂硼酸盐玻璃成功制备了高光电转换效率的LED红外光源,并展示其在夜视和近红外光谱检测中的应用。

       总之,我们的工作不仅为设计和优化Te簇掺杂近红外玻璃材料提供了有效的策略,还将推动了下一代智能近红外光源的开发和应用。

图1 还原气氛调控稳定碲团簇及团簇鉴定及其宽带发光

图2 玻璃拓扑结构和化学环境调控Te团簇构型和化学价态,实现可调谐宽带发光

图3 Te团簇掺杂玻璃结合蓝光芯片组装LED器件的光电性能

图4 LED器件在夜视应用演示和红外光谱检测性能