CN111146686B - 一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源 - Google Patents

一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源 Download PDF

Info

Publication number
CN111146686B
CN111146686B CN201911377624.4A CN201911377624A CN111146686B CN 111146686 B CN111146686 B CN 111146686B CN 201911377624 A CN201911377624 A CN 201911377624A CN 111146686 B CN111146686 B CN 111146686B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light source
fluoride glass
multilayer
glass
rare earth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911377624.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111146686A (zh
Inventor
王双保
陶恺宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201911377624.4A priority Critical patent/CN111146686B/zh
Publication of CN111146686A publication Critical patent/CN111146686A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111146686B publication Critical patent/CN111146686B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于多层异型阵列孔结构的近‑中红外宽带光源，本发明采用近红外激光激发多层异型阵列孔结构的玻璃的荧光产生连续红外光，氟化物玻璃具有良好的近中红外透过性，各氟化物玻璃层中掺入的稀土离子在激光激发下释放出相应波段的荧光，通过该异型孔结构下各波段的荧光叠加实现2～4μm的近‑中红外宽带光的输出；该发明可根据宽带光的需要，灵活地调节对应层号上稀土离子掺杂浓度辅以玻璃厚度和孔阵列结构设计实现，具有体积小、功耗低、便于集成和造价低的优势。

Description

一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源
技术领域
本发明属于光功能玻璃领域，具体涉及一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源。
背景技术
随着光电技术的发展，光电探测产业越来越趋于成熟。2～4μm波段覆盖了众多重要分子的特征谱线分子指纹图谱，所以该波段在化学、物理、医学应用研究、分子生物学、安全检测及分子痕迹探测等方面具有重要的应用，现有的以卤钨灯为代表中红外光源具有热发光效率低，温度高，不便移动等缺陷。
红外LED、红外激光器等其他几种红外光源波谱较窄，覆盖2～4μm的光源较少，而近中红外波段是探测领域的热门波段。
超连续光源正在从实验室走向应用阶段，但其技术不够成熟，且专利权在少数国外公司手中，价格昂贵。
基于以上现状，需提出一种低制作成本的新型近中红外连续谱的光源技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多层异型阵列孔结构设计的低成本近-中红外宽带光源，以解决上述现有技术存在的问题，实现2～4μm近-中红外宽带光源,效率高、成本低、方便携带。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源，所述近-中红外宽带光源包括：
一个近红外半导体激光光源，用于产生激发光；
一个利用掺杂稀土离子的多层异型阵列孔结构氟化物玻璃结构，用于受近红外光源激发产生连续的近-中红外光荧光；
一个2～4μm的宽带滤光片，用于产生对应的连续谱光。
进一步的，所述近红外半导体激光光源可以是单一波长光源，也可以是多光源。
进一步的，所述近红外半导体激光光源为808nm商用半导体激光器或者810nm半导体激光器。
进一步的，所述光源是一种周边用环氧粘结+边框压紧封接好的多层氟化物玻璃片的异型阵列孔结构，每层结构为一块掺杂了特定稀土的孔阵列结构的氟化物玻璃片。
进一步的，所述多层异型阵列孔结构稀土掺杂氟化物玻璃的制备方法如下：
(1)制备掺杂稀土离子的氟化物玻璃；
(2)将步骤(1)制备的掺杂稀土离子的氟化物玻璃加工成薄片状结构；
(3)多层层状氟化物玻璃经过微加工打孔形成孔阵列，每个孔深控制得激发光能达到目标号层玻璃片上，封装后得到掺杂稀土离子的多层异型阵列孔结构氟化物玻璃。
进一步的，步骤(2)中由光入到光出方向每层氟化物玻璃片掺入的稀土离子依次是Pr3+、Tb3+、Ho3+与Tm3+共掺、Dy3+、Tm3+。
进一步的，步骤(3)中所述多层层状氟化物玻璃为5层，5层氟化物玻璃经过微加工，打孔形成4×4或5×5孔阵列，孔深设计得正好让入射光无损到达目标号层玻璃上，5层氟化物玻璃可根据实际激发的荧光效率和需要来分配具体孔的数目，最终得到封接到一起的掺杂了稀土离子的多层异型孔阵列结构氟化物玻璃结构。
进一步的，所述稀土离子的掺杂浓度为1％-3％。稀土离子掺杂浓度并非越高越好，超过一定的浓度会产生荧光猝灭。
进一步的，所述宽带滤光片的光谱范围为2～4μm。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明采用近红外激光器作为激励光源，具有技术成熟、成本低等优势；
2、本发明采用多层异型阵列孔结构的氟化物玻璃的荧光产生连续光，近红外激光器通过打孔方向照射到氟化物玻璃上，氟化物玻璃具有良好的近中红外透过性，各层(掺入不同的稀土离子)释放出相应波段的荧光，通过各不同波段的荧光叠加实现近-中红外宽带光的覆盖，光谱组成可控；也可根据需要，灵活地调节稀土离子掺杂浓度辅以玻璃层厚度和结构设计实现；
3、本发明近红外激励光加异型结构玻璃荧光的方案设计，具有体积小、便于携带、光谱组成可控以及造价成本低的优势；
4、本发明基于多层异质结构的近-中红外光源的发光效率优于以卤钨灯为代表中红外光源的热发光效率，荧光效率可达5-10％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源实现过程流程图；
图2为实施例1多层异型阵列孔结构稀土氟化物玻璃设计示意图；
图3为实施例2多层异型阵列孔结构稀土氟化物玻璃设计示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
1号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％PrF3；2号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％TbF3；3号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、10％ZnF2、6％A1F3、1％HoF3和3％TmF3；4号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％DyF3；5号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％TmF3，其中1号-5号指的是由上到下的顺序，由光入到光出方向。
按照上述摩尔百分比制作出每层厚度约为1mm的玻璃，玻璃的烧制方式为本领域的常规技术手段，且并非发明要点，在此不做赘述。将每层玻璃按序组装封接后，通过特殊玻璃打孔工艺进行微加工。打孔形成4×4的孔阵列，根据实际效率和需要分配合适数量到孔阵列内。使用808nm激光器作为激励光源，按照打孔方向入射到玻璃上，产生荧光后通过2～4μm宽带滤光片得到覆盖该区域的连续光，出光效率可达5-10％。
实施例2
1号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、16％YF、10％BaF2、9％SrF2、10％MgF2和3％Pr2O3；2号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、16％YF、10％BaF2、10％SrF2、10％MgF2和2％Tb2O3；3号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、15％YF、10％BaF2、9％SrF2、10％MgF2、2％Ho2O3和2％Tm2O3；4号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、16％YF、10％BaF2、10％SrF2、10％MgF2和2％Dy2O3；5号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、16％YF、10％BaF2、10％SrF2、10％MgF2和2％Tm2O3。
制作出每层厚度约为1mm的玻璃片，氟化物玻璃的烧制方式为本领域的常规技术手段，且并非发明要点，在此不做赘述。将每层玻璃按序组装封接后，通过特殊玻璃打孔工艺进行微加工。打孔形成5×5的孔阵列，根据实际效率和需要分配合适数量到25个孔阵内。使用808nm激光器作为激励光源，按照打孔方向入射到玻璃上，产生荧光后通过2～4μm宽带滤光片得到覆盖该区域的连续光，出光效率可达5-10％。
对比例1
1号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、8％YF、10％BaF2、10％SrF2、10％MgF2和10％PrF3；2号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、8％YF、10％BaF2、10％SrF2、10％MgF2和10％TbF3；3号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、8％YF、10％BaF2、10％SrF2、10％MgF2、5％HoF3和5％TmF3；4号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、16％YF、10％BaF2、9％SrF2、10％MgF2和3％DyF3；5号玻璃原料的摩尔百分比分别为35％AlF3、17％CaF2、16％YF、10％BaF2、9％SrF2、10％MgF2和3％TmF3，其中1号-5号指的是由上到下的顺序。
按照上述摩尔百分比制作出每层厚度约为0.5mm的玻璃片，氟化物玻璃的烧制方式为本领域的常规技术手段，且并非发明要点，在此不做赘述。将每层玻璃按序组装封接后，通过特殊玻璃打孔工艺进行微加工。打孔形成4×4的孔阵列，根据实际效率和需要分配合适数量到16个孔阵内。使用808nm激光器作为激励光源，按照打孔方向入射到玻璃上，烧制过程中玻璃易析晶，荧光强度降低，应用价值不高。
对比例2
1号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％PrF3；2号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％TbF3；3号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、10％ZnF2、6％A1F3、2％HoF3和2％TmF3；4号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％DyF3；5号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％TmF3，其中1号-5号指的是由上到下的顺序，由光入到光出方向。
按照上述摩尔百分比制作出每层厚度约为1mm的玻璃，氟化物玻璃的烧制方式为本领域的常规技术手段，且并非发明要点，在此不做赘述。将每层玻璃按序组装封接后，使用808nm激光器作为激励光源，入射到玻璃上，产生荧光后通过2～4μm宽带滤光片，可以得到连续光，出光效率为2％。
对比例3
1号玻璃原料的摩尔百分比分别为40％CdF2、21％ZnF2、38％GaF3和1％PrF3；2号玻璃原料的摩尔百分比分别为40％CdF2、21％ZnF2、39％GaF3和2％TbF3；3号玻璃原料的摩尔百分比分别为40％CdF2、19％ZnF2、38％GaF3、1％HoF3和3％TmF3；4号玻璃原料的摩尔百分比分别为40％CdF2、20％ZnF2、38％GaF3和2％DyF3；5号玻璃原料的摩尔百分比分别为40％CdF2、20％ZnF2、38％GaF3和2％TmF3，其中1号-5号指的是由上到下的顺序，由光入到光出方向。
按照上述摩尔百分比制作出每层厚度约为0.5mm的玻璃，氟化物玻璃的烧制方式为本领域的常规技术手段，且并非发明要点，在此不做赘述。将每层玻璃按序组装封接后，通过特殊玻璃打孔工艺进行微加工。打孔形成4×4的孔阵列，根据实际效率和需要分配合适数量到16个孔阵内。使用808nm激光器作为激励光源，垂直于打孔方向入射到玻璃上，产生荧光后通过2～4μm宽带滤光片，无法得到连续光。
对比例4
1号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％PrF3；2号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％TbF3；3号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、10％ZnF2、6％A1F3、1％HoF3和3％TmF3；4号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％DyF3；5号玻璃原料的摩尔百分比分别为48％ZrF4、24％BaF2、8％NaF、12％ZnF2、6％A1F3和2％TmF3，其中1号-5号指的是由上到下的顺序，由光入到光出方向。
按照上述摩尔百分比制作出每层厚度约为0.5mm的玻璃，氟化物玻璃的烧制方式为本领域的常规技术手段，且并非发明要点，在此不做赘述。将每层玻璃按5号到1号的顺序组装封接后，通过特殊玻璃打孔工艺进行微加工。打孔形成4×4的孔阵列，根据实际效率和需要分配合适数量到16个孔阵内。使用980nm激光器作为激励光源，沿打孔方向入射到玻璃上，产生荧光后通过2～4μm宽带滤光片，无法得到连续光。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源，其特征在于：所述近-中红外宽带光源包括：
一个近红外半导体激光光源，用于产生激发光；
一个利用掺杂稀土离子的多层异型阵列孔结构氟化物玻璃结构，用于受近红外光源激发产生连续的近-中红外光荧光；
一个2～4μm的宽带滤光片，用于产生对应的连续谱光；
所述掺杂稀土离子的多层异型阵列孔结构氟化物玻璃的制备方法如下：
(1)制备掺杂稀土离子的氟化物玻璃；
(2)将步骤(1)制备的掺杂稀土离子的氟化物玻璃加工成薄片状结构；
(3)多层层状氟化物玻璃经过微加工打孔形成孔阵列，每个孔深控制使得激发光能达到目标号层玻璃片上，封装后得到掺杂稀土离子的多层异型阵列孔结构氟化物玻璃；
所述稀土离子的掺杂浓度为1％～3％；
步骤(2)中由光入到光出方向每层氟化物玻璃片掺入的稀土离子依次是Pr3+、Tb3+、Ho3+与Tm3+共掺、Dy3+、Tm3+。
2.根据权利要求1所述的一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源，其特征在于：所述近红外半导体激光光源为808nm商用半导体激光器或者810nm半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源，其特征在于：所述近-中红外宽带光源是一种周边用环氧粘结+边框压紧封接好的多层氟化物玻璃片的异型阵列孔结构，每层结构为一块掺杂了特定稀土的孔阵列结构的氟化物玻璃片。
4.根据权利要求1所述的一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源，其特征在于：步骤(3)中所述多层层状氟化物玻璃为5层，5层氟化物玻璃经过微加工，打孔形成4×4或5×5孔阵列，孔深设计使得正好让入射光无损到达目标号层玻璃上，5层氟化物玻璃可根据实际激发的荧光效率和需要来分配具体孔的数目，最终得到封接到一起的掺杂了稀土离子的多层异型孔阵列结构氟化物玻璃结构。
CN201911377624.4A 2019-12-27 2019-12-27 一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源 Active CN111146686B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911377624.4A CN111146686B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911377624.4A CN111146686B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111146686A CN111146686A (zh) 2020-05-12
CN111146686B true CN111146686B (zh) 2021-03-02

Family

ID=70520972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911377624.4A Active CN111146686B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111146686B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002299737A (ja) * 2001-03-30 2002-10-11 Nec Tokin Corp アイセーフレーザー用結晶
GB201311862D0 (en) * 2013-07-02 2013-08-14 Queen Mary & Westfield College Optoelectronic devices, methods of fabrication thereof and materials therefor
CN104403671B (zh) * 2014-11-26 2017-05-03 中国计量学院 一种用于宽带光放大氟化物纳米晶及其制备方法和应用
CN105236730B (zh) * 2015-09-15 2018-04-13 华南理工大学 一种超宽带荧光玻璃光纤及其制备方法
CN107285627B (zh) * 2017-07-25 2020-07-10 华中科技大学 一种氟化物玻璃及其制备方法
CN108418090B (zh) * 2018-04-20 2020-09-04 泉州师范学院 一种中红外激光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111146686A (zh) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meinardi et al. Highly efficient luminescent solar concentrators based on earth-abundant indirect-bandgap silicon quantum dots
Meinardi et al. Large-area luminescent solar concentrators based on ‘Stokes-shift-engineered’nanocrystals in a mass-polymerized PMMA matrix
Barbet et al. Light-emitting diode pumped luminescent concentrators: a new opportunity for low-cost solid-state lasers
Guo et al. Ultraviolet light induced white light emission in Ag and Eu 3+ co-doped oxyfluoride glasses
Pokhrel et al. Highly efficient NIR to NIR and VIS upconversion in Er 3+ and Yb 3+ doped in M 2 O 2 S (M= Gd, La, Y)
Strek et al. White emission of lithium ytterbium tetraphosphate nanocrystals
MacDougall et al. Ultra-high photoluminescent quantum yield of β-NaYF 4: 10% Er 3+ via broadband excitation of upconversion for photovoltaic devices
Courrol et al. Color center production by femtosecond pulse laser irradiation in LiF crystals
Yu et al. Ce-Tb-Mn co-doped white light emitting glasses suitable for long-wavelength UV excitation
CN107002978A (zh) 具有陶瓷石榴石的照明设备
Sathian et al. Solid-state source of intense yellow light based on a Ce: YAG luminescent concentrator
EP3807380B1 (en) Inorganic luminescent materials for solar radiation conversion devices
Wang et al. Introduction on the fabrication technique of phosphor in glass by tape-casting and investigation on the chromaticity property
Jia et al. Synthesis of NaYF 4: Yb–Tm thin film with strong NIR photon up-conversion photoluminescence using electro-deposition method
CN101373222B (zh) 一种纳米晶体增强图形化发光复合膜的制备方法
Shestakov et al. Quantum cutting in Li (770 nm) and Yb (1000 nm) co-dopant emission bands by energy transfer from the ZnO nano-crystalline host
Yang et al. Integration of near-infrared harvesting transparent luminescent solar concentrators onto arbitrary surfaces
Zhang et al. Thermal stability improvement of Cr3+‐activated broadband near‐infrared phosphors via state population optimization
Yang et al. Luminescence and energy transfer process in Cu+, Sm 3+ co-doped sodium silicate glasses
Song et al. Research phosphate glass in combination with Eu/Tb elements on turning sunlight into red/green light as photovoltaic precursors
Yang et al. Ultraviolet C upconversion fluorescence of trivalent erbium in BaGd 2 ZnO 5 phosphor excited by a visible commercial light-emitting diode
Wu et al. Broadband down-conversion for silicon solar cell by ZnSe/phosphor heterostructure
Xu et al. Luminescence and energy transfer of Sb 3+/Dy 3+ co-doped magnesium sodium-phosphate glasses
CN111146686B (zh) 一种基于多层异型阵列孔结构的近-中红外宽带光源
Wang et al. Achieving Ultra‐Broadband Near‐Infrared Emission in Cr3+‐Activated Cs2NaScCl6 Perovskite for Efficient Phosphor‐Converted Light‐Emitting Diodes

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant