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，當某種常溫物質經特定波長的入射光照射時，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、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，結合消色差成像鏡頭、內置推掃成像結構、內置調焦結構、內置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)進行熒光信號檢測的光源體，配合均勻性非常高的復眼透鏡組、激發(fā)濾光片、聚焦透鏡、反射鏡等結構完成樣品激發(fā)光的傳送，樣品在激發(fā)光的作用下會產生相應的熒光（發(fā)射）信號，在高光譜相機前端設計有熒光濾光片，這樣熒光信號最終被高光譜相機收集到，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)勢結合應用行業(yè)的需求，可將其高功率激光通過光纖傳導并導入到勻光光路（六面體勻光結構）中，形成大面積、均勻性高、聚焦的激發(fā)面陣列光。可以為材料科學的研究提供強力的技術支持。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和降解機制變的尤為重要。
高光譜成像設備可以獲得以下參數的空間分布：
這種有效的方法可以深入表征鈣鈦礦微觀結構，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)
高光譜相機參數：
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名稱 |
指標描述 |
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光譜儀 |
體全息透射式光柵（PGP）結構 |
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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；數據兼容第三方； 提供二次開發(fā)（windows系統(tǒng)） |
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系統(tǒng)參數
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主要部件 |
設備名稱 |
主要技術指標和功能（高光譜成像系統(tǒng)采用內置推掃方式） |
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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 |
數量：4個； 功率：50W/個； 光譜范圍：350nm~2500nm； 對樣品可進行反射光譜測試。 |
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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行了 升級改進，單色光的傳輸效率更為高 效，提升了單色光強度，結構更為簡 單，濾光片更換更為方便。 復眼透鏡：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。 多種光傳導方式： 1、采用1.5米長多模光纖傳導激光； 激光器輸出激光并利用光纖進行傳輸，使其光信號進入到六面體勻光棒結構中，通過調整聚焦透鏡，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而形成激發(fā)面陣列光。 采用復眼透鏡組傳導激光 激光器輸出激光并利用光纖進行傳輸，使其光信號進入到復眼透鏡組中，利用復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用。 其通帶具有> 93％的透射率，截止帶光密度可達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 種標準 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具有很高的光譜透射率。設計標準尺寸為 50 x 50mm，可輕松集成到光學系統(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，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時監(jiān)控暗箱內部情況下。 |
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軟件功能 |
采集控制、友好的參數設置界面、自動曝光、自動調焦、自動速度匹配、手動參數設置、數據預處理、輔助功能、輻射度、均勻性、鏡頭、反射率、區(qū)域校準等。 |
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產品主要特點如下：
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，同時避免了由于局部照明造成的載流子復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Mapping掃描成像與高光譜成像比較
3）可做絕對校準，獲得光譜絕對強度，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 熒光成像技術檢測的響應激發(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 |
鹵素燈 |
520、550 |
650 |
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向日葵葉片 |
鹵素燈 |
紫外、藍光 |
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、藍光 |
550、690 |
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柑橘葉片 |
LED |
紫外、紅、綠、藍光 |
黃、紅、遠紅外 |
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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 |
|
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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 |
|
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小麥葉片 |
激光 |
337 |
370~800 |
|
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果實 |
蘋果 |
閃光燈 |
紫外（《=340） |
440、520、690、740 |
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蘋果 |
LED |
藍光 |
紅、遠紅外 |
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葡萄 |
LED |
紫外、紅、綠 |
藍綠、紅、遠紅 |
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|
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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