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年終盤點(diǎn) | 中標(biāo)金額超1.8億,，2024年離子色譜儀中標(biāo)盤點(diǎn)出爐
據(jù)化工儀器網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì),，2024年全年中國政府采[詳細(xì)]
華東師大科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)高幀頻中紅外單光子上轉(zhuǎn)換光譜儀
2023年06月10日 09:29:40
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：4170
華東師大研究團(tuán)隊(duì)在中紅外高速光譜探測(cè)方面取得重要進(jìn)展，發(fā)展了寬波段,、超靈敏,、高幀頻的中紅外上轉(zhuǎn)換光譜測(cè)量技術(shù)。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日,，華東師大研究團(tuán)隊(duì)在 Laser & Photonics Reviews 雜志發(fā)表一項(xiàng)中紅外高速光譜探測(cè)領(lǐng)域的研究成果,。團(tuán)隊(duì)發(fā)展的中紅外上轉(zhuǎn)換光譜測(cè)量技術(shù)具有寬波段、超靈敏,、高幀頻的特點(diǎn),，光譜刷新率達(dá)到近百外幀每秒，單光子靈敏度逼近量子極限,，在燃燒場(chǎng)分析,、高通量分選和化學(xué)反應(yīng)跟蹤等需要應(yīng)用高速靈敏紅外光譜測(cè)量的場(chǎng)景提供技術(shù)支持。
中紅外輻射通常被定義為波長處于2.5-25 μm或頻率處于400-4000 cm-1的電磁波,。中紅外波段包含眾多分子振轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷的特征譜線,，尤其是600-1400 cm-1的光譜區(qū)域有大量分子指紋的重疊，稱為“指紋區(qū)域”或“光譜指紋”,。因此中紅外光譜技術(shù)在軍事,、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)治療以及基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,。
受到探測(cè)器靈敏度及寬帶光源亮度的限制,，傳統(tǒng)中紅外光譜儀的性能在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常無法滿足前沿研究的需求。為提高中紅外高速光譜測(cè)量的信噪比,，近年來研究者發(fā)展出了頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù),，通過非線性過程將中紅外波段轉(zhuǎn)換到可見光或近紅外波段，進(jìn)而利用高性能硅基探測(cè)器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的靈敏捕獲,。但是該技術(shù)在單光子水平的超靈敏測(cè)量仍然存在單次測(cè)量譜帶范圍窄,、光譜探測(cè)速率受限等問題,。
針對(duì)上述問題，華東師大科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了具有單光子探測(cè)靈敏度和亞兆赫茲刷新率的寬帶中紅外上轉(zhuǎn)換光譜儀,，從中紅外光源制備和中紅外光譜探測(cè)技術(shù)等方面進(jìn)行了改進(jìn),。使其具備寬帶光譜覆蓋、單光子靈敏度和兆赫茲刷新率等性能,。
在中紅外光源制備方面,，利用氮化硅(Si3N4)光子波導(dǎo)制備出覆蓋1.5-4.2μm的寬光譜中紅外超連續(xù)譜光源，相對(duì)傳統(tǒng)熱輻射光源具有更好方向性,、更優(yōu)光束質(zhì)量以及更高光譜亮度,，且通過波導(dǎo)結(jié)構(gòu)色散調(diào)控與泵浦光場(chǎng)時(shí)頻控制，可以實(shí)現(xiàn)光譜覆蓋范圍以及光譜平坦度等參數(shù)的定制與優(yōu)化,。此外,，相對(duì)于基于固態(tài)光學(xué)參量振蕩器的中紅外制備方式，基于光學(xué)波導(dǎo)集成的超連續(xù)譜源可以直接兼容光纖激光,，為發(fā)展高集成,、高穩(wěn)定的中紅外寬帶相干光源獲取提供了有效途徑，有助于提升后續(xù)光譜測(cè)量的信噪比與刷新率,。
在中紅外光譜探測(cè)方面,，研究人員發(fā)展了同步脈沖泵浦的非線性頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)技術(shù)，通過制備與紅外信號(hào)光子時(shí)域高精度同步的泵浦脈沖,，在啁啾性極化鈮酸鋰非線性晶體中實(shí)現(xiàn)了1700 nm超寬帶的中紅外高效轉(zhuǎn)換,，然后借助高性能可見光/近紅外分光與探測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)了高分辨,、高靈敏的中紅外光譜測(cè)量,。為了進(jìn)一步壓制參量熒光噪聲與環(huán)境背景噪聲，研究人員結(jié)合高效空間濾波與光譜濾波技術(shù),，獲得了高達(dá)210 dB的噪聲抑制比,，利用硅基EMCCD最終獲得了0.2光子/納米/脈沖的超靈敏度中紅外光譜，光譜分辨率為5 cm−1,。進(jìn)一步地,，得益于高亮度的寬帶中紅外源、高效率的頻率轉(zhuǎn)換以及高抑制比的噪聲濾波性能,，研究者利用高性能硅基CMOS相機(jī)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)212,500幀的光譜采集速率,，比此前相關(guān)報(bào)道在相同信噪比下提高了至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
華東師大科研團(tuán)隊(duì)在中紅外光譜測(cè)量技術(shù)的突破是我國儀器技術(shù)的又一次重大進(jìn)展,，使我國在前沿研究中又多了一項(xiàng)自主技術(shù),，減少了對(duì)國外技術(shù)的依賴。
資料來源：華東師范大學(xué)
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