高光譜熒光測試系統(tǒng)介紹
基本原理：
熒光是一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象，當(dāng)某種常溫物質(zhì)經(jīng)特定波長的入射光照射時(shí)，其分子吸收光能后從其基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，并且立即退激發(fā)并發(fā)出另外一種出射光，原理如圖1 所示。通常新的出射光的波長比入射光的波長更長，且多處于可見光波段。
系統(tǒng)使用高靈敏度、高信噪比、高像素Scoms 相機(jī)、制冷型InGaAs 等作為探測單元，使用高光譜分辨率的透射式光柵光譜儀，結(jié)合消色差成像鏡頭、內(nèi)置推掃成像結(jié)構(gòu)、內(nèi)置調(diào)焦結(jié)構(gòu)、內(nèi)置Shutter 等單元完成采集系統(tǒng)的集成。大功率的氙燈光源或者高功率激光器作為系統(tǒng)進(jìn)行熒光信號檢測的光源體，配合均勻性非常高的復(fù)眼透鏡組、激發(fā)濾光片、聚焦透鏡、反射鏡等結(jié)構(gòu)完成樣品激發(fā)光的傳送，樣品在激發(fā)光的作用下會產(chǎn)生相應(yīng)的熒光（發(fā)射）信號，在高光譜相機(jī)前端設(shè)計(jì)有熒光濾光片，這樣熒光信號最終被高光譜相機(jī)收集到，通過處理分析建模等處理后可獲取需要的熒光光譜和圖像。
利用激光的優(yōu)勢結(jié)合應(yīng)用行業(yè)的需求，可將其高功率激光通過光纖傳導(dǎo)并導(dǎo)入到勻光光路（六面體勻光結(jié)構(gòu)）中，形成大面積、均勻性高、聚焦的激發(fā)面陣列光?？梢詾椴牧峡茖W(xué)的研究提供強(qiáng)力的技術(shù)支持。例如：如果想要將這一新的鈣鈦礦太陽能電池光伏之星推向市場， 更好的理解光物理學(xué)和降解機(jī)制變的尤為重要。
高光譜成像設(shè)備可以獲得以下參數(shù)的空間分布：
這種有效的方法可以深入表征鈣鈦礦微觀結(jié)構(gòu)，并將有助于理解這些材料中的降解現(xiàn)象，并使他們更接近于商業(yè)化。
熒光高光譜測試系統(tǒng)
高光譜相機(jī)參數(shù)：
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名稱 |
指標(biāo)描述 |
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光譜儀 |
體全息透射式光柵（PGP）結(jié)構(gòu) |
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光譜范圍 |
350nm-1000nm |
900nm-1700nm |
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光譜分辨率 |
2.8nm |
5nm |
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光譜采樣間隔 |
0.5nm(mean) |
0.5nm(mean) |
1.8nm |
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光譜儀狹縫寬度 |
30μm |
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Shutter |
內(nèi)置(選配) |
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探測器 |
像素尺寸 |
6.5μm*6.5μm |
6.45μm*6.45μm |
像素尺寸：15μm*15μm |
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像素大小 |
2048*2048 |
1392*1040 |
640*512(9.6mm*7.68mm) |
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類型 |
SCOMS |
CCD（Si） |
Cooled VGA SWIR InGaAs Camera |
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接口類型 |
USB3.0 |
USB2.0 |
Gigabit Ethernet |
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成像鏡頭 |
焦距（mm） |
25 |
25 |
30 |
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屬性 |
消色差可見-近紅外定焦鏡頭 |
近紅外成像鏡頭 |
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光譜范圍（nm） |
350-1000 |
350-1000 |
900-2500 |
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視場角（°） |
29（線視場角）@1米 |
20（線視場角）@1米 |
31（線視場角）@1米 |
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硬件配置 |
內(nèi)置控制主板、微型處理器、電池、二維精密電控位移系統(tǒng)、輔助攝像頭等 |
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軟件 |
自主開發(fā)：控制、采集、分析處理等；數(shù)據(jù)兼容第三方； 提供二次開發(fā)（windows系統(tǒng)） |
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系統(tǒng)參數(shù)
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主要部件 |
設(shè)備名稱 |
主要技術(shù)指標(biāo)和功能（高光譜成像系統(tǒng)采用內(nèi)置推掃方式） |
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1 |
暗箱 |
外觀尺寸 |
80cm*80cm*100cm（長寬高） |
可定制 |
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樣品臺尺寸 |
30cm**30cm*40cm（長寬高） |
可定制 |
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2 |
光源 |
反射光源 |
數(shù)量：4個； 功率：50W/個； 光譜范圍：350nm~2500nm； 對樣品可進(jìn)行反射光譜測試。 |
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大功率LED光源 |
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氙燈光源 |
數(shù)量：1個； 功率：150W； 光譜范圍：300nm~2500nm； 作為激發(fā)光源可對樣品可進(jìn)行熒光光譜測試。 |
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對氙燈光源輸出光的傳輸方式進(jìn)行了 升級改進(jìn)，單色光的傳輸效率更為高 效，提升了單色光強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)更為簡 單，濾光片更換更為方便。 復(fù)眼透鏡：光能利用率更高，大面積 的均勻照明，勻化效果更好； 高效的光束轉(zhuǎn)向組件； |
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激光光源 |
532nm/808nm等大功率激光器。 多種光傳導(dǎo)方式： 1、采用1.5米長多模光纖傳導(dǎo)激光； 激光器輸出激光并利用光纖進(jìn)行傳輸，使其光信號進(jìn)入到六面體勻光棒結(jié)構(gòu)中，通過調(diào)整聚焦透鏡，將光源光斑清晰的成像，使得光源光斑照射區(qū)域光照均勻一致， 再經(jīng)過大面積平面反射鏡的反射，使得激光均勻照射到樣品上進(jìn)而形成激發(fā)面陣列光。 采用復(fù)眼透鏡組傳導(dǎo)激光 激光器輸出激光并利用光纖進(jìn)行傳輸，使其光信號進(jìn)入到復(fù)眼透鏡組中，利用復(fù)眼透鏡組對光的勻化，使其形成面陣列分布的激發(fā)光。 |
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3 |
附件 |
激發(fā)濾光片 |
熒光帶通濾光片非常適用于熒光成像應(yīng)用。 其通帶具有> 93％的透射率，截止帶光密度可達(dá)OD6。濾光片基片為熔融石英材料，表面用離子濺射工藝鍍加硬膜，采用黑色陽極氧化鋁環(huán)進(jìn)行封裝。340nm/370nm/390nm/450nm/530nm/628nm/697 nm等300-1000nm可選。 |
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發(fā)射（熒光）濾光片 |
有色玻璃長波通濾光片有 27 種標(biāo)準(zhǔn) SCHOTT 彩色玻璃類型可供選擇，可在紫外線 (UV)、可見光或近紅外 (NIR) 光譜中提供截止波長。有色玻璃基片在其波長范圍內(nèi)具有很高的光譜透射率。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸為 50 x 50mm，可輕松集成到光學(xué)系統(tǒng)中， 并且厚度為 1、2 或 3mm。400nm/455nm/550nm/645nm/720nm等300-1000nm 可選。 |
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4 |
功能介紹 |
輔助監(jiān)控 |
熒光測試時(shí)，系統(tǒng)需要完全密閉的暗環(huán)境下測試，通過輔助攝像頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)控暗箱內(nèi)部情況下。 |
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軟件功能 |
采集控制、友好的參數(shù)設(shè)置界面、自動曝光、自動調(diào)焦、自動速度匹配、手動參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)預(yù)處理、輔助功能、輻射度、均勻性、鏡頭、反射率、區(qū)域校準(zhǔn)等。 |
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產(chǎn)品主要特點(diǎn)如下：
1）激發(fā)光源均勻分布整視野，作用于樣品表面激光功率密度較低，同時(shí)避免了由于局部照明造成的載流子復(fù)合即使在較低功率下可獲得高信噪比圖像。
2）整視野面成像，采用光譜掃描，成像速度快，150x150mm2成像范圍僅需10秒鐘。
XY&Line Mapping VS HyperSepctral Imaging
圖3 單點(diǎn)Mapping掃描成像與高光譜成像比較
3）可做絕對校準(zhǔn)，獲得光譜絕對強(qiáng)度，獲取器件光電特性如EQE,Voc等
4）可選擇不同波長的激光作為激發(fā)光源
5）集熒光成像、電致發(fā)光、光致發(fā)光、反射率成像等諸多功能于一體。
表 1 熒光成像技術(shù)檢測的響應(yīng)激發(fā)光源、波段和熒光發(fā)射波段：
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分類 |
檢測對象 |
光源類型 |
激發(fā)波段、波長/nm |
發(fā)射波段、波長/nm |
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葉片 |
煙草葉片 |
氙燈 |
355 |
440、520、690、740 |
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甜菜葉片 |
氙燈 |
340 |
440、520、690、740 |
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蘋果葉片 |
鹵素?zé)?/span> |
520、550 |
650 |
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向日葵葉片 |
鹵素?zé)?/span> |
紫外、藍(lán)光 |
610、685、735 |
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煙草葉片 |
LED |
455 |
505~560、690 |
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柑橘葉片 |
LED |
紫外、藍(lán)光 |
550、690 |
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柑橘葉片 |
LED |
紫外、紅、綠、藍(lán)光 |
黃、紅、遠(yuǎn)紅外 |
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煙草葉片 |
LED |
470 |
650 |
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柑橘葉片 |
LED |
365、445、470、530 |
570、610、690、740 |
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蘋果葉片 |
LED |
455 |
618 |
|
|
柑橘葉片 |
激光 |
532 |
680~712、712~750 |
|
|
柑橘葉片 |
激光 |
532 |
680~712、712~750 |
|
|
柑橘葉片 |
激光 |
473 |
|
|
|
小麥葉片 |
激光 |
337 |
370~800 |
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果實(shí) |
蘋果 |
閃光燈 |
紫外（《=340） |
440、520、690、740 |
|
蘋果 |
LED |
藍(lán)光 |
紅、遠(yuǎn)紅外 |
|
|
葡萄 |
LED |
紫外、紅、綠 |
藍(lán)綠、紅、遠(yuǎn)紅 |
|
|
臍橙 |
LED |
紫外 |
綠 |
|
|
臍橙 |
LED |
365 |
530~550 |
|
|
蘋果 |
激光 |
337 |
350~820 |
|
|
材料 |
鈣鈦礦 |
激光 |
532 |
785 |
|
GaN |
激光 |
808 |
1180 |
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