Корзина
20 отзывов
СКИДКИ ДО 30 %   I   БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА ПО РОССИИ   IПодробнее
ПРЯМЫЕ ПОСТАВКИ ПО РОССИИ 24/7
+74952204622
8 800 777 800 5
8 800 777 800 5
Бесплатный звонок по России
+7 (495) 220 46 22
Отдел продаж
+7 (499) 700 50 79
Техническая поддержка

Светодиоды ближнего инфракрасного диапазона с преобразованием люминофора

Светодиоды ближнего инфракрасного диапазона с преобразованием люминофора

08.03.21

История и принцип ближней инфракрасной спектроскопии

 

Инфракрасный свет - это участок между видимой и микроволновой областями электромагнитного спектра в диапазоне от 700 нм до 1 мм. Инфракрасный свет был открыт немецко-британским астрономом Уильямом Гершелем в 1800 году, когда он исследовал разницу температур между цветами в видимом спектре с помощью термометров. Он воспринимал значение повышенной температуры на шкале термометра иначе, чем красный свет видимой области. Гершель определил эту область как инфракрасный свет и предположил, что инфракрасный свет можно воспринимать как тепло. Любой объект с температурой> 268 ° C (450 ° F) может излучать инфракрасное излучение.

С тех пор, как БИК-спектроскопия была внедрена в сельское хозяйство Америки в 1950-х годах, когда Карл Норрис успешно применил эту технологию для анализа продукта, развитие БИК-спектроскопии не прекращается. Благодаря использованию хемометрии и значительного увеличения вычислительной мощности центрального процессора (ЦП), сегодня спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне может обеспечить надежный анализ данных.

Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне основана на том принципе, что каждая молекула состоит из нескольких атомов, связанных между собой характерными связями. Когда такая молекула возбуждается определенным излучением света, она претерпевает кратковременные колебания с точки зрения отражения, пропускания и поглощения внутри молекулы на основе элементарных составляющих и прочности связи . Природа такого поведения света уникальна для каждой органической молекулы и действует как характерный спектральный отпечаток.

 

Все статьи

 

Традиционные источники инфракрасного света и светодиоды pc-NIR

Традиционно коммерчески доступными источниками света являются вольфрамовые галогенные лампы, лазерные диоды и т.д. Хотя они могут частично соответствовать люминесцентным свойствам, необходимым для лабораторного использования, сильное тепловыделение и неспособность компактной конструкции препятствовать их применению в миниатюрных или портативных спектрометрах. 

С одной стороны, с точки зрения оптических свойств нестабильная стабильность спектров все еще имеет значение. С другой стороны, такие физические свойства, как короткий срок службы и высокое энергопотребление, пользуются большим спросом при продвижении. Одна из основных задач по внедрению лабораторных технологий в повседневную жизнь для анализа пищевых продуктов и здравоохранения состоит в том, чтобы сузить огромные размеры стандартных настольных лабораторных спектрометров до портативных размеров, таких как смартфоны. что требует усилий не только для систем обнаружения света, но и для источников света в ближнем инфракрасном диапазоне. 

Преобладающая и отработанная технология, твердотельное освещение на основе светодиодных чипов и слоев, преобразованных в люминофор, является многообещающим кандидатом, который отвечает требованиям миниатюрности, гибкости конструкции, длительного срока службы и некоторых других физических свойств. Теперь ключевым моментом является то, может ли технология светодиодов с преобразованием люминофора обеспечить требуемые оптические свойства для определенных приложений.

 

 

Технологии

Светоизлучающий диод ближнего инфракрасного диапазона с преобразованием люминофора ( pc-NIR LED ) является многообещающим альтернативным источником света для миниатюрных NIR или портативных портативных спектрометров из-за его замечательных преимуществ меньшего размера, более длительного срока службы, стабильной спектральной стабильности и более низкой стоимости, чем у традиционные источники света. 

Результатом спектрального распределения света от источника света pc-NIR LED должно быть достаточно высоким для эффективных и действенных функций. Различные органические элементы , присутствующие в пищевых продуктах и организме человека обладают спектры поглощения и отражения света в синей области (450 ~ 600 нм) и инфракрасного света (700 ~ 900 нм) электромагнитный спектр соответственно. Следовательно, широкополосные люминофоры ближнего инфракрасного диапазона , которые возбуждаются синим светом, очень желательны для разработки миниатюрных спектрометров.

Светодиод - это полупроводниковое устройство, состоящее из двух полупроводниковых материалов, которые включают полупроводники как p-типа, так и n-типа. При приложении напряжения в состоянии прямого смещения электроны со стороны n и дырки со стороны p рекомбинируются в зоне обеднения и высвобождаются фотоны. Длина волны испускаемых фотонов в значительной степени определяется использованием материалов для преобразования люминофора, и элементы включены в полупроводниковое устройство. 

Структура оптоэлектронного компонента pc-NIR LED, состоит из синего полупроводникового чипа, как правило, на основе фосфида алюминия, индия, галлия или нитрид индия-галлия, закрепленный на последовательности эпитаксиальных слоев, излучающий синий свет. Полупроводниковые кристаллы соединены с полостью в корпусе основания через соединительный провод. Базовый корпус встроен в углублении. Взвешенное количество неорганических материалов для преобразования люминофора смешивается с матричными материалами ( например , силиконом) и заполняет полость в основной раме корпуса. 

Отражатель установлен на базовом корпусе с соответствующими материалами, покрытыми на внутренних стенках углубления для достижения максимального отражения первичного излучения от синего полупроводникового чипа и инфракрасной люминесценции от преобразовательных материалов, встроенных в матричные материалы. Во время работы синий свет, излучаемый полупроводниковым устройством, будет действовать как источник возбуждения для материалов, преобразующих люминофор, что приведет к инфракрасной люминесценции. 

Светодиодное устройство ближнего инфракрасного диапазона выглядит голубовато-белым в дополнение к невидимому инфракрасному светодиоду во время работы из-за возможных комбинаций видимого красного и синего света. Производство светодиодных устройств pc-NIR следует общим принципам устройств с белыми светодиодами. Вкратце, свет, излучаемый синим светодиодным кристаллом, используется для возбуждения люминофора в ближнем инфракрасном диапазоне, нанесенного на синий чип, что приводит к люминесценции в ближнем инфракрасном диапазоне.

 

Типы неорганического люминофора ближнего инфракрасного диапазона, легированного Cr 3+

Обзор некоторых опубликованных научных статей показывает, что люминесцентным центром для ближнего инфракрасного света в люминофорном материале могут быть редкоземельные элементы ( например , Pr 3+ , Nd 3+ , Tm 3+ , Eu 2+ ) или элементы переходных металлов ( например , Cr 3+ , Ni 2+ , V 2+ , Mn 4+ ). Среди этих люминофоров NIR переходный элемент Cr 3+ показал более высокую эффективность и хорошо соответствовал синим светодиодным чипам. Материалы, легированные Cr 3+ , хорошо исследуются научным сообществом для лазерных и постоянное применение люминесценции в течение последних нескольких десятилетий. Система люминофоров для ближнего инфракрасного света подразделяется на пять типов.

 

 Zn-галлогерманатная система

Кристаллическая структура шпинели MGa 2 O 4 (M = Zn, Mg) сосредоточена на постоянных исследованиях люминесценции из-за возможного образования антиструктурных дефектов и вакансий O из-за легирования переходным элементом Cr 3+ . Хотя ширина полосы излучения высока (650–770 нм), наличие анти узловых дефектов может ухудшить характеристики флуоресценции и увеличить время затухания из-за одного только запрещенного по спину перехода.

 

Ca-галлогерманатная система

Са-галлогерманатная система - это еще одна категория хост-систем для приложений широкополосной спектроскопии в ближней инфракрасной области. Принцип выбора и химический состав этой системы почти аналогичны таковым в системе Zn-галлогерманат, но в основной системе присутствует Ca вместо Zn. Большинство Са-галлогерманатных соединений расположены в области слабого кристаллического поля на диаграмме d 3 Танабе – Сугано из-за присутствия большого двухвалентного катиона в матрице. Следовательно, Cr 3+ в соединениях Ca-галлогерманата следует разрешенным по спину переходам и приводит к перестраиваемому широкополосному спектру излучения.

 

Система типа граната

Кристаллическая структура типа граната с химической формулой A 3 B 5 O 12 (A = Y, Gd, La, Lu и B = Al, Ga) также исследована на предмет легирования Cr 3+ в позиции B 3+ и сфокусирована. в основном по стойким люминесцентным исследованиям. Стойкие люминесцентные люминофоры гранатового типа демонстрируют однородную широкополосную люминесценцию в ближнем инфракрасном диапазоне в диапазоне 650-800 нм с центром на 700 нм, что в отличие от систем Zn-галлата и Zn-галлогерманата, а ширина полосы излучения которых составляет чрезвычайно узкий для приложений широкополосной спектроскопии в ближней инфракрасной области.

Жесткая кристаллическая структура обещает семейству гранатов хороший выбор в качестве основного материала для испускания ионов, например Y 3 Al 5 O 12 : Ce - это превосходный желтый люминофор с высокой квантовой эффективностью и небольшим тепловым гашением для светодиодов белого света на ПК. Это также хороший выбор кандидатов-хозяев, активированных Cr 3+, несмотря на единственный доступный октаэдрический сайт.

 

Ла-галлогерманатная система

Системы La-галлогерманата также исследуются на предмет стойкости к люминесценции путем добавления Cr 3+ и редкоземельных элементов в качестве сопутствующих добавок или сенсибилизаторов. В спектре излучения монокристалла LaGaO 3, легированного Cr 3+, наблюдается несколько узких линий с двумя положениями максимума при 739 и 729 нм. Система La-галлогерманата может быть хорошим потенциальным кандидатом на свойство флуоресценции и уступает фосфоресценции.

 

Боратная система

Хост-система на основе боратов в последнее время также ориентирована на приложения для широкополосной ближней инфракрасной спектроскопии . Основная система на основе бората обладает незначительными характеристиками термического гашения, что является одним из основных важных параметров, необходимых для светодиодных полупроводников. Между тем, использование боратной основной системы устраняет в ней дорогостоящие исходные предшественники, такие как Ge и редкоземельные элементы, что является дополнительным преимуществом с учетом ее практических реализаций.

 

Известные широкополосные люминофоры ближнего инфракрасного диапазона

Спектрометры ближнего инфракрасного диапазона - это неразрушающие аналитические инструменты для определения характеристик. Используют ближний инфракрасный свет для выполнения функции ближней инфракрасной спектроскопии в различных направлениях, включая сельское хозяйство, фармацевтику, пищевую промышленность и неинвазивный мониторинг здоровья.

Для ПК-светодиодов в ближнем ИК-диапазоне исключительным достоинством по сравнению с полупроводниковыми чипами является широкополосный спектр люминесценции и возможность перестройки спектра, поэтому ПК-светодиоды в ближнем ИК-диапазоне быстро развиваются, чтобы ускорить приближение ближней ИК-спектроскопии к повседневной жизни. Более того, широкий выбор излучающих ионов в ближнем ИК-диапазоне обеспечивает люминофоры, которые позволяют заменять полупроводниковые чипы.

 

Каталог светильников ФОКУС