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2025-01-21 09:35:14光電子轉換: 光電子轉換是指將光能轉化為電能或電子信號的過程。在光電效應中，光子撞擊物質表面，使得物質中的電子獲得足夠能量而逸出，形成電流或電子信號。這一過程廣泛應用于太陽能電池、光電探測器、光電傳感器等領域，實現(xiàn)光信號的采集、轉換與傳輸，對現(xiàn)代通信、能源轉換及信息技術發(fā)展具有重要意義。

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客戶訪談丨讓光電子轉換被看見-佛羅里達州立大學光物理學研究員Kenneth Hanson 教授

三重態(tài)-三重態(tài)湮滅在太陽能轉換中的應用一直是您工作中的一貫主題，如何使用它來提高太陽能電池效率并實現(xiàn)更加碳中和的未來？

天美儀拓實驗室設備（上海）有限公司 585
2022-02-28
光電子轉換光致發(fā)光光譜儀瞬態(tài)吸收光譜儀

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光電子轉換問答

2022-12-27 15:23:37熱點應用丨耦合熱冷臺附件實現(xiàn)上轉換發(fā)光材料溫度傳感的研究: 前言許多發(fā)光材料的發(fā)光特性隨溫度、壓力或化學物質的存在而變化。這種特性在發(fā)光傳感器的開發(fā)中得到了長期的應用。除了化學傳感外，發(fā)光測溫法也是最常用的傳感方法之一。與其他方法不同，它不需要宏觀的探針與探測區(qū)域進行物理接觸。這是發(fā)光測溫法無可比擬的優(yōu)勢。例如，可以功能化的發(fā)光納米顆粒進入生物靶，熒光顯微鏡可以準確探測不同區(qū)域的溫度。這種納米測溫法在醫(yī)學領域有很大的潛力，如：對溫度高于平均值的癌細胞進行成像[1]。發(fā)光測溫可以根據(jù)強度、線寬、光致發(fā)光壽命或光譜位移的變化來進行。由于鑭系離子的穩(wěn)定性和窄光譜特性，很容易識別到這些變化，因此在溫度傳感的應用中經(jīng)常使用鑭系離子[2]。此外，鑭系摻雜材料呈現(xiàn)上轉換發(fā)光性質: 可被近紅外(NIR)光激發(fā)，在光譜可見光區(qū)發(fā)射。近紅外光譜激發(fā)減少了生物組織的自吸收和散射，因此遠程激勵變得更加容易。由于這一性質，越來越多的溫度生物成像研究使用無機納米摻雜鑭離子制備上轉換納米顆粒 (UCNPs)[3]。圖1. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4上轉換發(fā)光機理的結構示意圖，其中紅色和綠色的線代表發(fā)射躍遷。灰色的線代表非輻射躍遷。圖1是上轉換熒光粉NaY0.77Yb0.20Er0.03F4發(fā)光機理的示意圖。至少需要兩個980nm的光子去激發(fā)樣品來產(chǎn)生可見區(qū)的發(fā)射。除了直接激發(fā)Er3+離子外，還存在從激發(fā)態(tài)Yb3+與Er3+激發(fā)態(tài)的能量轉移，該材料在可見光光譜的藍色、綠色和紅色區(qū)域發(fā)光。取決于躍遷過程中Er3+能級的高低。上轉換的測溫法通常集中使用525nm和540nm兩個波長的發(fā)射峰，分別對應2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2能級躍遷。2H11/2和2H11/2兩個能級在能量上緊密間隔，他們實際處于熱平衡狀態(tài)。因此，它們的粒子數(shù)比例可以用玻爾茲曼分布來表示:式中，Ni是能級i上的粒子數(shù)，Δe是兩個能級間的能量差，k是玻爾茲曼常數(shù)，C是簡并常數(shù)。基于此，525nm與540nm處熒光強度的比值RHS可用來推出2H11/2與4S3/2的比值，從而能夠計算出樣品的溫度。愛丁堡(Edinburgh Instruments）熒光光譜儀FLS1000通過光纖耦合變溫臺能夠完成該測試項目。此變溫臺不僅能夠保證在FLS1000和顯微鏡下研究的為同一樣品，并且沒有任何中間樣品轉移步驟。本文通過FLS1000熒光光譜儀耦合變溫臺對上轉換樣品NaY0.77Yb0.20Er0.03F4進行不同溫度下上轉換發(fā)光的測試。測試方法與樣品測試樣品為NaY0.77Yb0.20Er0.03F4上轉換發(fā)光粉末，購置于Sigma Aldrich。將樣品放置于Linkam HFS350EV-PB4冷熱臺里的石英樣品池中。通過光纖將冷熱臺與FLS1000樣品倉相連接。使用穩(wěn)態(tài)光源Xe2 980nm進行激發(fā)，激光能量要低，以防止樣品變熱。使用980nm的激光器往往會造成樣品受激光照射而變熱[4]。FLS1000配置：雙單色器，標準檢測器PMT-900。時間分辨的壽命測試使用脈沖氙燈(μF2)作為激發(fā)光源，采用MCS模式測試發(fā)光壽命。測試結果與討論使用FLS1000的Fluoracle中溫度mapping的測試功能，分別測試從-100℃到80℃每間隔20℃溫度范圍內，樣品上轉換發(fā)射的紅光及綠光隨溫度的變化情況。結果如圖2（上轉化綠光）和3（上轉換紅光）所示。圖2 中上轉換綠光發(fā)射峰是由于Er3+的2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2兩個能級躍遷產(chǎn)生的。4S3/2 → 4I15/2和4F9/2 → 4I15/2對應發(fā)射峰的強度隨著溫度升高而降低。但是2H11/2 → 4I15/2對應的譜待變化的稍有不同：在273K以下，隨著溫度的增加其發(fā)光強度降低。但當溫度繼續(xù)升高時，增長緩慢。圖2. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關的發(fā)射圖譜（綠光部分）。使用耦合Linkam冷熱臺的FLS1000光譜儀進行測試。測試條件：λex=980 nm, Δλex=10 nm, Δλem=10 nm, 步進step=0.10nm, 積分時間=1s/step。內插圖為對應2H11/2→ 4I15/2躍遷的發(fā)射范圍的放大圖。圖3. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關的發(fā)射圖譜（紅光部分）。使用耦合Linkam冷熱臺的FLS1000光譜儀進行測試。測試條件：λex=980nm, Δλex=10nm, Δλem=10nm, 步進step=0.10nm, 積分時間=1s/step。圖4. NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關的壽命三維譜圖。使用耦合Linkam冷熱臺的FLS1000光譜儀進行測試。測試2H11/2→ 4I15/2對應的發(fā)射。測試條件：λex=980nm, Δλex=15nm, λem=541nm ，Δλem=10nm, 燈源頻率=100Hz, 采集時間：每條衰退曲線采集5分鐘。紅色和藍色曲線分別代表-100℃和40℃下的測試結果。隨著溫度的增加，非輻射弛豫過程降低了整體的上轉換發(fā)光過程。有關溫度的猝滅的動力學可以通過圖4所示的溫度相關的三維壽命譜圖來進行研究，當溫度增加時，該樣品的發(fā)光壽命從640μs降低至530μs，有明顯下降。回到圖2和圖3，從4S3/2 ，2H11/2 到4F9/2的弛豫過程相對增加了紅色光的發(fā)射強度。這可以從圖5（a）的溫度Rrg函數(shù)看出。2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2的比值，RHS是優(yōu)異的溫度指數(shù)參數(shù)(前言已介紹過)，圖5（b）是RHS隨溫度的變化圖，圖5（c）是相同數(shù)據(jù)的對數(shù)值。有趣的是，RHS并沒有遵循玻爾茲曼曲線：在高溫下，額外的弛豫過程發(fā)生并引發(fā)4S3/2 → 4I15/2躍遷的“緩慢增加”。這與之前的報告一致[5,6]，證明了上轉換的復雜動力學過程: 4H11/2到 4S3/2的非輻射過程在高溫下變得更為重要，所以粒子數(shù)與RHS不相等。應該指出不同溫度下的RHS 很大程度上取決于樣品顆粒的大小[4,6]。為了說明上轉換測溫的概念，將曲線的低溫區(qū)域擬合到圖5 (c)所示的直線玻爾茲曼圖中，可以得到熒光測溫系統(tǒng)S的相對靈敏度。這是評價發(fā)光溫度計系統(tǒng)的一個有用參數(shù)，計算方法如下:圖5的斜率為-ΔE/k, 在20℃的靈敏度為1.0%K-1。這一結果與類似的上轉換測溫系統(tǒng)是一致的。圖5. 上轉換發(fā)射帶強度的比值隨溫度變化的函數(shù)圖：（a）紅光和綠光的比值（b）2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2的比值 (c) 圖(b)的對數(shù)數(shù)據(jù)圖。與玻爾茲曼圖第一部分的線性擬合如(c)所示。結論NaY0.77Yb0.20Er0.03F4溫度相關上轉換發(fā)光強度及壽命均可使用愛丁堡熒光光譜儀FLS1000 耦合Linkam冷熱臺進行測試。2H11/2 →4I15/2和4S3/2 → 4I15/2的比值可作為發(fā)光測溫系統(tǒng)中的溫度探針，其靈敏度為1.0%K-1。通過光纖耦合的Linkam冷熱臺附件能夠使用戶在發(fā)光測試和顯微鏡下靈活輕松切換，中途不需要樣品轉移步驟。參考文獻[1] C. D. S. Brites, et al., Nanoscale 4, 4799-4829 (2012)[2] M. D. Dramianin, Methods Appl. Fluoresc. 4, 042001 (2016)[3] M. González-Béjar and J. Pérez-Prieto, Methods Appl. Fluoresc. 3, 042002 (2015)[4] S. Zhou, et al., Optics Communications 291, 138-142 (2013)[5] X. Bai, et al., J. Phys. Chem. C 111, 13611-13617 (2007)[6] W. Yu, et al., Dalton Trans. 43, 6139-6147 (2014)

2021-06-25 14:44:43泰克示波器在開關轉換電源紋波測試的應用: 近期，某客戶需要測試電磁檢測設備上的開關電源電路紋波測試情況，開關電源模塊輸入端是220V，輸出轉換成直流12V，需要判斷紋波大小情況，以此去排除掉是否是電源模塊供應的問題，但是之前測試，用普通電壓探頭檢測效果并不理想，市面上以及通用標配的探頭測試噪聲引入過大，對于紋波的測試真實度不是很樂觀。客戶找到安泰測試，希望我們有詳細的方案能夠有效減少噪聲同時對測試的實際紋波能夠觀測出來。開關模式電源開關模式電源（Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS），又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。開關電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備。因此開關電源產(chǎn)

2020-12-28 09:49:04Nature Materials: 低溫共聚焦顯微鏡助力設計光電子器件的范德瓦爾斯界面: 基于二維材料的范德瓦爾斯界面在光電子器件領域具有廣泛的發(fā)展前景，不同材料組成的界面可以在很大程度上調控器件的發(fā)光光譜范圍。然而，層間堆疊方式不同帶來的晶格失配以及錯位都會YZ電子與聲子耦合作用，影響光電器件的工作效率。近期，瑞士日內瓦大學的的Alberto F. Morpurgo?教授課題組在《自然-材料》雜志上發(fā)表了低溫光致發(fā)光光譜研究設計范德瓦爾斯界面的工作。通過組合導帶底部與價帶頂部都在Γ點（倒格矢空間）的二維晶體材料，形成范德瓦爾斯界面，避免了動量失配。這樣的范德瓦爾斯界面將不受光學躍遷與晶格常數(shù)、兩層材料之間旋轉角或者晶格錯位的影響，為基于二維原子晶體的光電子器件的發(fā)展打下了重要的基礎。雙層或者多層過渡金屬硫化物（例如WS2，MoS2, MoSe2 ）的價帶頂部在Γ點，可以與導帶底部在Γ點的多層InSe材料形成范德瓦爾斯界面，該界面允許直接躍遷。通過分析光致發(fā)光光譜（PL光譜）對雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的測量結果（見圖1），可以判定雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的直接躍遷存在且能量為1.55eV。圖1. (a)雙層InSe與雙層WS2的結構示意圖。 (b)雙層InSe與雙層WS2的能帶圖。(c）溫度5K時雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的光致發(fā)光光譜，內置圖：2L-InSe/2L-WS2光學照片。比例尺：10微米。通過分析發(fā)光光譜隨溫度變化的數(shù)據(jù)（圖2a-b），研究者發(fā)現(xiàn)雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的直接躍遷發(fā)光光譜隨溫度降低強度增加。該界面發(fā)光光譜隨激光強度增加的變化（圖2c）也表明其發(fā)光機制是直接躍遷。圖2d為6層InSe與雙層WS2界面切面SEM電鏡圖。通過分析該6層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的切面發(fā)光光譜的旋光數(shù)據(jù)（圖2e）可直接證實該界面是直接躍遷的機制。圖2. (a-b): 雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜隨溫度變化數(shù)據(jù)圖。(c):光譜隨激發(fā)激光強度的變化。(d):6層InSe與雙層WS2界面切面的SEM電鏡圖。（e）6層InSe與雙層WS2界面切面處發(fā)光光譜的旋光數(shù)據(jù)圖。研究者也分析了多層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜（圖3a-b）以及四層InSe與多層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜。綜合分析以上不同層數(shù)二維材料組成的范德瓦爾斯界面PL光譜的能帶圖以及實驗數(shù)據(jù)，表明該不同層數(shù)二維材料組成的范德瓦爾斯界面未受到兩層材料之間旋轉角或者晶格錯位的影響而存在層間發(fā)光光譜。圖3. (a) 多層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜數(shù)據(jù)，溫度為5K。(b): InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜能量與InSe層數(shù)關系圖。(c): 四層InSe與多層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜能量與WS2層數(shù)關系圖。文章中，作者使用了德國attocube公司的attoDRY系列低溫恒溫器來實現(xiàn)器件在極低溫條件下使用熒光光譜分析二維材料中的范德瓦爾斯界面。文章實驗結果表明通過合理的選擇二維材料組合成范德瓦爾斯界面，可以設計出具有很寬廣發(fā)光范圍的光電器件。圖4：低振動無液氦磁體與恒溫器—attoDRY系列，超低振動是提供高分辨率與長時間穩(wěn)定光譜的關鍵因素。attoDRY2100+CFM I主要技術特點：+ 應用范圍廣泛: PL/EL/ Raman等光譜測量+ 變溫范圍：1.8K - 300K+ 空間分辨率：< 1 mm+ 無液氦閉環(huán)恒溫器+ 工作磁場范圍：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁體可選)+ 低溫消色差物鏡NA=0.82+ 精細定位范圍： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K+ 精細掃描范圍：30 mm X 30 mm@4K+ 可進行電學測量，配備標準chip carrier+ 可升級到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能參考文獻：[1]. Nicolas Ubrig? et al, Design of van der Waals interfaces for broad spectrum optoelectronics, Nature Materials,19,299–304 (2020)

2020-02-24 10:17:49上轉換材料的熒光光譜分析法: 序言上轉換發(fā)光材料 (Upconversion phosphors material,UPM) 是一類在長波長激發(fā)下發(fā)射短波長光的材料，其特點是所吸收的光子能量低于發(fā)射的光子能量。由于使用紅外光作為激發(fā)光源，此類材料在防偽標記、激光探測和立體顯示上的用途已經(jīng)廣為人知。 Z近幾年來 , 科學家們又發(fā)現(xiàn)上轉換發(fā)光材料有不易發(fā)生光漂白和發(fā)光強度高等優(yōu)點 , 用在生物標記中可以大大提高檢測靈敏度和線性范圍，因此上轉換發(fā)光材料的熒光發(fā)射光譜是表征其性能的一個重要指標，具有非常重要意義。與傳統(tǒng)典型的熒光發(fā)光過程（只涉及一個基態(tài)和一個激發(fā)態(tài)）不同，上轉換過程需要許多中間態(tài)來累積低頻的激發(fā)光子的能量。其中主要有三種發(fā)光機制：激發(fā)態(tài)吸收、能量轉換過程、光子雪崩。這些過程均是通過摻雜在晶體顆粒中的激活離子能級連續(xù)吸收一個或多個光子來實現(xiàn)的，而那些具有 f 電子和 d 電子的激活離子因具有大量的亞穩(wěn)能級而被用來上轉換發(fā)光。然而GX率的上轉換過程，只能靠摻雜三價稀土離子實現(xiàn)，因其有較長的亞穩(wěn)能級壽命。稀土離子的吸收和發(fā)射光譜主要來自內層 4f 電子的躍遷。在外圍 5s 和 5p 的電子的屏蔽下，其 4f 電子幾乎不與基質發(fā)生相互作用，因此摻雜的稀土離子的吸收和發(fā)射光譜與其自由離子相似，顯示出極尖銳的峰（半峰寬約 10-20nm）。而這同時就對外部激發(fā)光源的波長有了很大的限制。激光熒光光譜技術用于化學檢測領域具有信噪比高、靈敏度好、檢測快速等優(yōu)點，特別是對于上轉換材料的發(fā)光檢測。商業(yè)化的 980nm 激光光源系統(tǒng)恰巧與它的吸收相匹配，為上轉換納米材料提供了理想的激光激發(fā)光源。PerkinElmer 是世界上Z主要的熒光分光光度計生產(chǎn)商，也是技術上Zling先的高端儀器供應商。PerkinElmer 公司是SJ采用脈沖氙燈做光源，具有熒光、磷光和化學發(fā)光三種測量模式，在磷光和化學發(fā)光模式下，儀器內部激發(fā)光源自動關閉，這樣就為 980nm 激光光源的使用提供了便利的條件，也為上轉換納米材料的熒光發(fā)光測試提供了硬件基礎，而其它廠家大多數(shù)使用傳統(tǒng)的連續(xù)氙燈，不能通過軟件將其關閉，在使用激光光源時，只能通過遮擋的方式將出光孔堵住； PerkinElmer 公司采用脈沖氙燈光源，就可以很好的在內部光源與外部激光光源之間進行切換，當需要使用外部激光光源系統(tǒng)時，只需要通過軟件選擇激光測定模式即可，不需要通過其它物理遮擋方式，來遮擋儀器原有的激發(fā)光源，這是PerkinElmer 公司優(yōu)于其它公司的重要技術之一。這種操作不僅延長了原有氙燈的使用壽命，而且也很好的限制了由于物理遮擋導致的雜散光影響；另外，由于采用了靈活的可拆卸的樣品架套筒設計，如圖 1 所示，不僅固定了激光光源的輸出端，使之與樣品池垂直，保證激光光源能夠準確的照射到待測樣品上而且，在進行常規(guī)熒光測定時，容易取下，大大簡化了操作的繁瑣性。硬件配置主機： LS-55 型熒光分光光度計 ( 圖 2)附件：激光光源及可拆卸樣品池套筒（圖 1）圖 1. 激光光源及可拆卸樣品池架套筒圖 2. PerkinElmerLS-55 熒光光譜儀樣品測試測試條件測試模式：激光測定模式延遲時間： 0ms掃描范圍： 300-700nm掃描速度： 1000nm/min測試結果改變不同條件測試 UCNP 上轉換材料得到的熒光發(fā)射譜圖，如下圖 3 所示。從圖可以看出樣品在357nm、473nm、 645nm 有熒光發(fā)射峰，這三個發(fā)射峰是 UCNP三個能級的光子發(fā)射，其中在 473nm 處Z強，且熒光發(fā)射峰窄且尖銳，半峰寬大約 10nm，測試結果令人滿意。圖 3. 樣品熒光發(fā)射譜圖結論PerkinElmer 公司的 LS-55 熒光光譜儀連接激光做光源的熒光分析方法能夠準確的測試上轉換材料的熒光發(fā)射峰，測試結果良好，為上轉換材料的發(fā)光表征提供了wan美的解決方案。該方法操作簡單，使用方便，成本低廉，能夠滿足絕大多數(shù)樣品的測試，并且易于拆卸，也能滿足常規(guī)樣品的測試，是一個非常實用的解決方案。

2020-05-21 10:20:40大家都在使用的波長轉換？原來是它！: 周期性極化鈮酸鋰晶體（PPLN）模塊可用于可見光、近紅外以及中紅外波段的波長轉換應用，波長范圍400-1100nm，可用于激光波長倍頻（SHG）、和頻（SFG）以及差頻（DFG）的波長轉換應用，具體輸出波長可接受定制。模塊包含PPLN波導、TEC冷卻模塊，輸出方式可選擇空間光輸出或者光纖耦合輸出，具有轉換效率高、功率損耗小、產(chǎn)品質量穩(wěn)定等特點。產(chǎn)品原理準相位匹配技術倍頻(SHG), 和頻(SFG), 差頻(DFG) 效應都是二階非線性的光學過程，輸入的激光產(chǎn)生電場會導致二階偶極子的極化效應，根據(jù)量子光學的理論，在輸入兩束特定的光束后由于以上效應會產(chǎn)生一個新的輸出光束。倍頻SHG (532 nm)和頻SFG (578 nm)差頻DFG如圖所示，準相位匹配是通過改變光路傳播方向上每半個相干長度上的偏振方向來實現(xiàn)的，不同的結構以及改變方式產(chǎn)生了不同的波長轉換效果。脊型波導—高達兩倍的轉換效率提升在平面塊狀（Bulk）PPLN晶體內進行波長轉換時，光束的發(fā)散角會對波長轉換的轉換效率產(chǎn)生比較大的影響。然而，使用波導型（Waveguide）PPLN進行波長轉換時，由于波導的特殊形狀，光束在波導內傳播時會得到增強，這也就使得在脊型波導內進行波長轉換的效率可以達到平面塊狀PPLN內效率的2倍左右，大大降低了能量的損耗。主要應用· 波長轉換、SHG倍頻、SFG和頻、DFG差頻· 原子冷卻、原子捕獲、量子光學產(chǎn)品參數(shù)和選型· 輸出形式：空間光輸出或光纖耦合輸出（FC/APC SM光纖及Panda光纖可選）· 波長范圍：400-1100nm，特殊波長請單獨詢問轉換效率：空間光輸出>=；光纖耦合輸出>=50%（輸入光功率小于100mW，大功率輸出請單獨咨詢）· 溫控器：可選· 外形尺寸：54mm*30mm*11.2mm