随着光电子技术的发展和广泛应用,人们对光电子功能材料提出了更高、更新的要求。例如,以人工晶体为核心部件的更高功率、更宽调谐全固态激光器的研制,深紫外、中远红外激光和非线性光学晶体材料的研制,以及用于生物标记和荧光探针的纳米光电子材料和光伏、光电探测器等器件的研制等均为近年来光电子材料和器件的重大研究方向,它们在军事、科技、医疗、工业和能源等领域将得到广泛应用,具有极好的产业化前景。我国在光电子材料研究队伍日益壮大,研究范围已从世界领先的激光和非线性光学晶体拓展到半导体、玻璃、陶瓷、薄膜、聚合物、纳米器件以及分子器件等其它光电子材料。
2009年福建物构所批准研制的综合性能指标国际先进的光化学与光物理测试平台(含面积~140 m2千级超净实验室),共享紫外到中红外连续可调的飞秒、皮秒和纳秒脉冲激光光源,实现不同功能模块(如紫外-近红外稳态和瞬态荧光、高分辨荧光、紫外-中红外准稳态及磷光寿命、皮秒荧光短寿命、飞秒瞬态吸收、亚纳秒瞬态吸收等)光谱仪以及低温系统(77K,10K和4K各一套)的集成。2015年以来陆续添置到位激光闪光光解光谱仪、激光扫描共聚焦显微镜、双光子荧光显微镜、中红外瞬态吸收谱仪、纳米光子学系统、共焦激光拉曼光谱仪和上转换发光测试光谱仪等,总价值约4000多万。测试平台主要用于材料的光化学和光物理性能测试,研究超快和高分辨光-光转换、光电转换、激发态吸收的快速弛豫等物化机理机制,实现低温变温光谱、显微成像以及原位微区光谱检测等。目前已常年正常运行并提供开放测试和合作研究。
目标定位:建成具有国际先进水平的从事光电信息功能材料、关键性机理和原型器件性能测试的综合研发平台,实现时域、频域和空间多维高分辨的光电机理和性能研究,面向全球开放,为从事光化学和光物理研究的科学家提供一个专业的测试平台。
测试平台主要技术指标
1. 最高光谱分辨率达到0.006 nm 或0.17 cm-1(546 nm,低压标准Hg灯,1800g/mm光栅+Mask);
2. 发射光谱测试范围覆盖紫外到中红外(200-5500 nm);
3. 瞬态荧光的测量范围从11 ps到100 ms ;
4. 实现从亚皮秒到亚毫秒(200 fs-0.5 ms)超宽时域、可见-近红外-中红外(380nm-1600nm,2μm-10μm)超宽频域的瞬态吸收检测 ;
5. 实现空间高分辨(<100 nm)的原位微区荧光或拉曼光谱成像和检测;
6. 实现变温(4-800 K)非线性光学性能测试,粉末二阶非线性(SHG)信号检测限<0.01 KDP ;
7. 无液氦闭循环低温系统+高温附件,3-800K范围内全自动变温测试,最低温度可达3K,冷却到4K时间为90min 。
一、测试平台总体布局
图1 光化学与光物理测试平台照片
二、测试平台整体架构
图2 光化学与光物理测试平台架构示意图
(1)光源系统模块:飞秒、皮秒和纳秒脉冲激光光源和连续氙灯光源,波长从紫外到中红外连续可调,实现不同模块的光源共享,满足光电材料领域化学、物理、生物等多学科领域的测试要求,包括非线性光学(TPA,SHG)的测试。
(2)低温高分辨激光光谱模块:稀土精细光谱测试、高分辨光-光转换、光电转换等物化机制,低温光谱检测等。
(3)超快激光光谱模块:紫外-可见-近红外-中红外波段飞秒瞬态吸收光谱系统,研究超快光-光转换、光电转换、激发态吸收的快速弛豫等物化机制。
(4)激光和非线性光学性能测试模块:激光和非线性光学材料性能测试。
(5)空间分辨共焦荧光/显微拉曼光学模块:薄膜/纳米材料的微结构分析和微区原位光谱表征;单纳米颗粒荧光和单分子荧光。