上转换发光的有效增强机制--上转换敏化

频率上转换研究在近十年有了突飞猛进的发展,它有着非常好的应用前景。也仍然面临着进一步提高上转换效率的任务。由于Yb^3 能级结构的特殊性,它的引入既可以通过能量转换传递使共掺稀土离子上转换发光有较大增强,又可能不引起较明显的荧光猝灭。因而研究Yb^3 作为敏化中心的上转换敏化是有重要意义的,而把提高上转换效率与提高材料的物化性能结合起来更是上转换研究的应用的当务之急。本文综述了上转换敏化的提出和发展,介绍了在该领域取得的成果,特别是间接上转换敏化的成果。     

稀土离子的上转换发光及研究进展

稀土离子的上转换发光由于其在短波长激光器方面的潜在应用而受到了广泛的重视，本文总结了稀土离子中常见的几种不同的发光机制，分析了几种常见稀土离子在不同的泵浦方式下的发光方式，讨论了稀土离子上转换发光对基质成分的依赖性及其研究进展，并对稀土离子上转换发光的研究及应用进行了展望。     

稀土离子的上转换发光及研究进展

稀土离子的上转换发光由于其在短波长激光器方面的潜在应用而受到了广泛的重视,本文总结了稀土离子中常见的几种不同的发光机制,分析了几种常见稀土离子在不同的泵浦方式下的发光方式,讨论了稀土离子上转换发光对基质成分的依赖性及其研究进展,并对稀土离子上转换发光的研究及应用进行了展望。     

稀土掺杂材料的上转换发光

稀土掺杂材料的上转换发光是实现光波频率转换的重要途径,也是稀土掺杂发光材料研究的重要内容。本文从介绍与上转换相关的基本概念出发,阐述了稀土离子上转换发光的发展历史;对稀土离子掺杂材料的能量传递、激发态吸收、合作敏化、合作发光、双光子吸收激发及光子吸收雪崩等上转换发光机制进行了概述,并对各机制进行了比较;对不同稀土离子掺杂体系中上转换发光的机制进行了总结;对以往研究的稀土掺杂上转换发光材料的基质,包括粉体材料、晶体材料、非晶材料进行了概括;最后对影响稀土离子上转换发光效率的因素进行了分析,提出了在上转换发光材料的设计中应重点考虑基质对泵浦光及上转换发射光的吸收、基质材料的声子能量、稀土离子的掺杂方案及泵浦途径等因素。     

高掺杂Nd∶KGW激光晶体的上转换发光

在808nm光纤耦合输出的LD激励下,Nd∶KGW辐射出很强的橙黄光,测量了上转换荧光谱,其峰值出现在657,631,610,596,540nm处。分析了其产生的可能跃迁过程,讨论了上转换过程对Nd离子红外激光振荡的影响和上转换激光应用的可行性,并与Nd∶YLF的上转换光谱进行对比研究。研究表明,对高掺杂Nd∶KGW晶体在高功率抽运下会发生光子雪崩过程,Nd离子在两种材料中均出现黄绿波段的上转换荧光,其上转换激光较难实现。     

玻璃陶瓷材料中Tm3+离子红外到蓝色上转换发光

系统研究了PbF2+GeO2+WO3ⅩⅣTmF3玻璃陶瓷材料中,在近红外光(1.06μm)激发下,Tm3+离子的发光特性.实验中观测到Tm3+离子的两组峰值位置分别在20920cm-1和22173cm-1的蓝色上转换发光,并证实这两组上转换发光分别与吸收三个和四个光子有关,同时建立了上转换发光的模型.为了选择最佳掺杂浓度,详细地测量了Tm3+离子峰值为20920cm-1的蓝色上转换发光强度与TmF3浓度的关系.     

上转换发光免疫试纸条扫描检测系统研究

研制了一种以上转换发光材料作为标记物的扫描检测系统,有别于传统的测量方法,可做出定量和多重分析.扫描检测系统以扫描方式逐点测量经生物反应而结合上去的UCP颗粒的含量,记录整个免疫试纸条的信息,计算出被测样品中特定生物分子的浓度.实验结果表明,该系统对兔抗鼠疫免疫球蛋白（IgG）标准样品的检测灵敏度达到百ng/mL量级,且具有变异系数小于6%的重复性,符合生物免疫测定的要求.     

基于上转换发光技术的生物传感器及其应用

为实现对特定生物分子的高灵敏度快速检测与分析。采用上转换发光材料作为标记物,研制成功一台基于上转换发光技术的新型光学免疫生物传感器。该传感器利用上转换发光材料在红外光激发下发射可见磷光的特性,通过对免疫层析试纸条上经生物反应而结合上去的上转换发光材料颗粒的含量进行检测,计算出被测样品中特定生物分子的浓度。实验结果表明,该传感器具有较好的生物特异性,对兔抗鼠疫免疫球蛋白(IgG)标准样品的检测灵敏度达到ng／ml量级,并在200～6000ng／ml浓度范围内具有良好的线性响应特性,相关系数R^2≥0．95;对鼠疫耶尔森氏菌抗体的敏感性明显高于间接血凝实验,且与免疫印迹检测实验结果具有较好的一致性。该传感器具有稳定、可靠、灵敏的工作性能,符合实际检测与分析的要求。     

温度对稀土离子掺杂ZBLAN玻璃上转换发光的影响

研究了Er3+,Pr3+和Yb3+共掺杂ZBLAN玻璃在960nm激光泵浦下的上转换发光的温度特性.温度变化范围为室温到300℃.结果表明Pr3+离子的发光强度随温度的增加,先增加;达到极大后,随温度的增加下降.Er3+发光强度随温度增加单调下降.     

稀土化合物材料上转换发光与激光的研究与进展

多年来凝聚态物质中稀土离子的发光研究一直受到重视。近年来由于半导体激光器的迅速发展与商品化以及高浓度稀土离子激光新材料研究的迅速发展，共振泵浦的紧凑全固化稀土离子固体激光器的研究在国际上已形成一个热潮；带动了固体激光研究的全面复兴。期 中上转换激光器是激光器紧凑全固化潮流的一个最新发展。它是极有的潜力的三种紧凑蓝绿激光器方案之一，弥补了半导体激光向短波长方向发展的不足与困难。它对于发展光盘技术、信     

近红外无创生化分析中集光椭球反射镜参数设计与优化

近红外光谱技术检测速度快,不破坏样品,可在线分析,是血液无创生化分析能够获得应用的最具潜力的方法之一。但是由于人体血液的吸收光谱信号微弱,而常规光谱仪器在近红外无创生化分析中的光能利用率较低,给无创检测技术应用在临床分析上带来了困难。为了解决此问题,利用椭球反射镜的聚光特性,从几何光学角度出发,分析了椭球镜像点位置分布情况,并采用光线追迹方法优化其初始结构,从而将手指漫反射光高效收集到探测器上。通过仿真分析计算,该椭球反射镜的光能利用率比常规无收集装置的利用率提高了近5倍,增强了仪器检测血液吸收光谱信号的能力,有助于提高仪器信噪比。     

近红外拉曼光谱干扰特例的成因分析

一台激光拉曼光谱仪,在进行785.18 nm近红外激发测定时,出现许多不规则的干扰谱峰,发现是出光滤光片(Notch filter)的带阻特性不良造成的.并就带阻滤光片的吸收光谱进行了分析和探讨.     

计算机模拟光波的干涉

采用时域有限差分方法模拟了光的干涉这一物理现象.在物理实验的教学过程中光学实验以其高精度、高复杂度使得在实验教学过程中产生了一些负面影响.学生往往花费了较大精力去调节仪器,最终却得不到满意的实验数据,甚至得不到正确的实验结果.针对这一问题,可以采用数值模拟的方法得到很好的解决.文中不但模拟了实验现象,还验证了实验的理论公式,使得学生在观察现象的同时,对理论公式也能产生深刻的认识,最终起到了良好的课堂效果.     

单腔,双腔窄带干涉滤光片在单色光照射下的光散射

从理论和实验上讨论了单腔、双腔窄带干涉滤光片中的光散射现象，结果表明：光散射主要是由干涉滤不片和腔结构引起的。当波长小球滤光片峰值波长的激光束入射到该滤光片上时，在滤光片两侧形成散射光锥，散射光的散射角等于滤光片峰值紫移到入射光波长时滤光片所转过的角度，理论计算和实验结果符合得很好。     

基于遗传算法的近红外光谱定性分析特征波长提取方法研究

近红外光谱分析技术虽在多领域获得广泛应用,但应用时仍以实验室仪器为主,目前光谱仪存在体积大、功耗高、价格贵等问题,有能力购买与使用此类仪器的主要是高校、科研院所、大型企业等,常用的基于傅里叶变换或光栅原理的光谱仪价格通常高达几十万元,超出中小企业、普通百姓的经济承受能力,因此近红外光谱仪的进一步推广应用仍有难度.降低仪...     

近红外线列探测器传递函数测试系统

器件的调制传递函数(MTF)表征了光电成像器件对空间频率的对比度传递特性,可以全面地评价其成像性能。随着器件的发展,用MTF来评价器件越来越受到重视。针对近红外InGaAs焦平面器件MTF的测试需求,搭建了一套用狭缝法测试该波段线列器件MTF的系统。系统采用全反射式Offner光学结构将狭缝高质量地成像在待测器件上。成像光学结构由两块共轴的球面反射镜构成,11成像,F数为4;在芯片工作波长为1.7 μm时,在高达8 mm×30 mm的宽视场内,20 lp/mm（对应尺寸25 μm×25 μm的芯片特征频率）处的实测MTF高于0.8,接近衍射极限。利用该系统对8元InGaAs线列探测器进行MTF测试（标称光敏元尺寸为100 μm×100 μm）,6次重复测试得到的MTF数据的标准偏差与均值之比,在截止频率10 lp/mm内小于2%,测量的相对不确定度小于4.7%。     

可见-近红外光谱的土壤养分快速检测

在测定土壤养分中,可见-近红外光谱技术具有很大的应用空间。该研究探讨了基于可见-近红外光谱(250~950nm)离线、快速测定土壤总氮(TN)、总磷(TP)、总钾(TK)、总碳(TC)等土壤养分的方法及应用。采集青岛三个不同地区土壤样品(异质性较高的山地土壤与河畔土壤)各60份,总计180份,并测定其TN,TP,TK,TC含量及其可见-近红外反射光谱,利用Kennard-Stone法按2∶1比例划分校正集和检验集,采用遗传算法分别提取TN,TP,TK,TC特征波长,以偏最小二乘法建立定量分析模型。TN,TP,TK,TC含量所建光谱模型的相关系数分别为0.970,0.964,0.680和0.967,检验集的相关系数分别为0.980,0.937,0.717和0.972,检验集的RPD值分别为4.570,2.424,1.411和4.135。结果表明,该方法能够对土壤TN,TP,TC含量进行精确预测,对土壤TK含量进行粗略预测。该研究主要依靠可见光波段,较好的预测了异质性较高的土壤的氮磷钾等养分含量,有望降低未来土壤养分速测的成本。此外,该研究还提供了青岛土壤养分的光谱库,为我国土壤大数据库的建立提供技术支撑。     

一种基于脉冲红外光源和折叠光路的微小型红外光谱仪

设计了一种不同于传统光栅扫描型光谱仪的新型微小型红外光谱仪。该光谱仪采用灵敏度高且体积小巧的非致冷红外探测器LiTaO₃,在光路上直接采用MEMS脉冲红外光源,从而去掉了传统机械斩波器,并通过折叠光路进一步减小光谱仪体积。初步结果显示,所设计的微小型红外光谱仪的方法是可行的,工作波段2 000～5 000 nm, 光谱带宽45 nm,可用来分析塑料薄膜、生物液体以及环境大气在内的样品。     

近红外吸收光谱技术快速检测奶制品中添加三聚氰胺

对奶制品中添加三聚氰胺的近红外吸收光谱快速检测技术进行了可行性研究。实验分别配置了8组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用FTIR光谱仪测量其吸收谱,并偏最小二乘法建立数学模型。研究结果表明,应用近红外吸收光谱技术可以对奶制品中添加三聚氰胺进行快速检测。     

可见近红外光谱的甘蓝叶片毒死蜱农药残留定性分析

有机磷农药毒死蜱是目前农业生产中使用最广泛的农药之一,但有机磷农药过度使用导致的农药残留却给自然环境和人类生命健康造成严重威胁,因此,开发一种快捷、准确、经济的毒死蜱农药在农产品表面残留的直接检测方法意义重大。配制4组不同体积浓度（1∶200, 1∶500, 1∶800, 1∶1 000）的毒死蜱农药溶液,对照组为纯净水,分别浸泡甘蓝叶片3 min,每组采集30个叶片样本,5组共计150个样本。采用可见近红外光谱仪获取其谱图信息,然后开展不同浓度毒死蜱农药在甘蓝叶片上残留的可见近红外光谱定性分析研究。建模时,将每组数据中24个样本,5组共计120个样本作为建模训练集,剩下每组6个样本,5组共计30个样本作为预测集。鉴于甘蓝叶面不平整、皱褶较多,叶片颜色深浅不一等因素会给近红外光谱分析带来干扰,给预测模型的建立增加难度,提出一种光谱全波段平均分组积分（求和）预处理方法,将光谱波段平均分成n组,再对分组后每组数据积分求和,用预处理后的数据训练BP神经网络。实验表明,光谱全波段平均分组积分（求和）预处理方法,对光谱反射率一阶导数（FD）且分组数为25的神经网络训练效果最好,建模集识别准确率为97.50%,预测集识别准确率为96.67%,建模效果优于通常采用的提取光谱敏感、特征波段建模方法（建模集识别准确率为91.67%）。光谱全波段平均分组积分预处理方法在保留光谱数据更多特征波段的同时探索更多潜在敏感波段,能够降低光谱数据维度,减小单个光谱数据噪声对建模效果的影响,选择合适的分组数n,能取得较好的建模预测效果。