闪烁氙灯

在世界芸芸的闪烁氙灯中如今有一张十分显眼的面孔，并且因其稳定性和长寿命已经获得高度认可，那就是世界上最小的电池供电的滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列。这张世界上最小的“面孔”已经出现在滨松的闪烁氙灯阵列中，闪烁氙灯是由充满高压氙气的玻璃封装组成。这是一个具有特殊的立方形外形的2W闪烁氙灯模块，并能够在电池电源下工作。现在让我们一探这款融合了创新思维和高科技制造含量的产品吧！滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列充分利用同时可分析多种波长的优势闪烁氙灯是在极短时间内发射高强度光的脉冲放电灯。它们作为光源在工厂自动化中被用于血液分析、环境分析以及产品检查。滨松公司原有的5、10、20和60W闪烁氙灯，由于稳定性高、寿命长，都能提供世界上顶级的性能特性，但是滨松工程师发现近来LED也是潜在的光源，其具有紧凑、价位低等特性，自然成为市场上的宠儿。因此滨松公司开始了LED光源的研究，滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列的开发工程师之一山下雄一（滨松电子管部门，第4制造部，负责设计与工程） 在介绍这款产品的时候曾说道：“这项工作使我们充分了解了LED光源的优劣。简单的说，LED是单色光源。如果想要同时分析多个波长，就需要多个LED光源。另一方面，在单个闪光内，闪烁灯的输出可以从紫外光到可见光，这对于同时分析多波长是理想的。”于是项目工程师们提出设想：如果可以利用这个特殊的特性来创造能与LED竞争的闪烁灯，那么它将开启更加宽广的应用。怀揣着这种可能性，山下与另一位负责生产的滨松工程师斋藤展彰（滨松电子管部门，第4制造部）开始了评估产品外形。滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列研发工程师斋藤展彰（左）、山下雄一（右）山下认为，滨松研制的闪烁氙灯已经回应了市场需求。但是对这种2W模块，滨松现在要尝试一些新的东西，这能够使其在竞争中前进一步，所以这是一件很值得去做的事，虽然市场上已经有了2W模块的产品，但是滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列在尺寸和外形上是完全不同的，开创世界前所未有的闪烁氙灯模块使用体验。面积42平方毫米——挑战世界上最小的尺寸滨松的之前研发的5W模块的外形是水平方向较长，并有两种类型：一种是灯在较长边，另一种是灯在较短边。虽然具有两种类型更符合市场的需求，但是具有相同性能的两种不同类型可能给一些使用者造成不便。所以，如今滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列则选择了一种能够满足任意客户需求的外形，即骰子状的外形，而这种外形几乎可以在任意的结构中使用。而且，将其制成一个单独的模块也能降低生产成本。这可以为使用者带来方便和实惠的双重好处。滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列研发工程师竹内望但实现这个外形，并不是一个简单的事情。对于此，负责评估与测试的滨松工程师竹内望（滨松电子管部门，第4制造部）曾说：“外形当然是个难题，而制造比其他产品更小的尺寸也使我们面临之前从未处理过的问题。不像滨松5W闪烁氙灯模块42*42*100毫米的尺寸，滨松2W闪烁模块L12336系列的目标尺寸是42平方毫米和小于一半的体积比。基本上所有的元件和布局都必须要从草图开始进行决定，为了得到正确的组合，努力和尝试的过程是重复而又艰难的。”2w的模块体积小于之前的5w模块的1/2滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列和以前的5W型是完全不同的，这不仅仅是缩小和最小化元件尺寸的事，研发团队使用了以前完全没使用过的新的电子元件来重新设计电路。所以，尽管设备变得更小，但是也采取了措施来提高对整个新标准的可靠性评估。研发工作启动的6个月后进行了设计更改在开发过程中，滨松公司曾得到来自设备制造商的请求，他们想要能够进行室外现场测量的便携式或手持式设备。研发团队意识到，这个趋势将会蔓延到全世界的设备生产商，而他们必须制造拥有世界上最小尺寸的产品，并且该产品应使用电池供电已达到便于携带的目的。鉴于研发思维的变化，在距离研发工作开始大概半年的时候，整个滨松2W闪烁氙灯模块研发团队投入到了更改设计的工作中。而在研制产品的过程中，电池供电是最难的一个课题，但研发团队确信，电池供电这个特性是满足新的需求的要点。提供5V的电池电源要求电源供给的改变，但改变输入功率会破坏整体平衡，所以这迫使团队不得不重新选择元件来进行再次调整，以获得最优的性能。而元件之间也是有变化的，所以即使规格相同，每个产品的性能也有细微的差异。如果没有考虑到这些差异，闪烁氙灯模块将不能提供全部的性能。山下在描述这段经历的时候曾回忆：“当我们终于完成了艰难的重新选择和元件调整后，然后给竹内去评估它。但是第二天他一脸失望地出现告诉我，我们无法得到想要的性能……”，在该阶段这种问题一直反复发生，山下和竹内两人严肃地窃窃私语，这种严肃的氛围持续了很长一段时间。只要客户想要，那么就永不言弃单位时间内闪烁频率越高，测量和分析时间就可以缩短得越多，这个特性也可为客户带来更多的方便，因此发光重复规格高达1250HZ亦成为滨松2W闪烁氙灯模块研发团队的另一个需要攻克的课题。在此之前，滨松所有闪烁灯都没有达到1250HZ，并且该模块还必须使用5V的低电压，在山下的报告中，经常出现：“斋藤先生，我无法给电源充电”的话语，而且报告也有一些其他不乐观的结果。给电路充电的研发工作花费了团队最多的时间。每秒发光1250次需要大量的电能，但是没有充足的供电，光每秒只能发射1000次。为了得到1250HZ的闪烁频率，研发团队不断地评估主要元件和电路系统。在降低电源电压、电流，选择保持低电流的元件的同时，还想减小灯模块的尺寸，所以保持平衡十分必要。研发过程艰难而又坎坷，但如果说放弃使用电池，可以增大电流，但相应的产品的性能就不能为客户带去便利，所以在这个问题上团队未有屈服过，“甚至光发射速率达到了1250HZ，我们的客户也很快会要求在室外用电池供电使用这个设备，所以即使老板让我放弃，我也一直在努力。”斋藤在谈到这个问题的时候曾说到。来之不易的灯的稳定性滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列和普通成人小指的尺寸差不多，包括电极在内的每一个部分都非常小，这些连安装过程都要用新的技术和技巧。使灯保持稳定是其中最难的一个任务。山下和负责装配灯的人会面，让其做些小的调整，而自己继续修改零件、安装并评估模块，并花费了无数的时间来重复这个过程，最后终于得到了一个令人满意的零件组合方案，通过装配后，最终实现了想要的规格，这对于整个团队来说无疑是一个激动人心的时刻。可同时进行多波长分析，因为一个闪光输出包含从紫外线到红外线。如果时间是微秒级的，脉冲照明型将从直流照明型获得大约1000倍的光输出。 技术难题的解决，是通过团队重新探讨了机械与电路设计，并在之后进行了多次检查电源匹配并对零件布局和方向做精确的调整来实现的。而工程师山下的经验也起到了重要的作用。在日常生产和进行研发工作的同时，富有经验的山下始终在检查在各产品中元件体现出的微小差异，当团队遇到困难时，这便成为了一个有力的帮助。这和滨松公司提倡将研发工作和日常生产工作联系在一起的理念有很大关系。广泛应用开拓的新希望滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列的诞生，让闪烁氙灯模块有了一个新的高点，并为新型的应用提供了无限的可能性。如今，实验分析仪器已经从原来大型的分析中心或者设备发展成为紧凑的桌面仪器。鉴于市场趋势，下一阶段手持设备将越来越多地用于现场分析和测量，而滨松2W闪烁氙灯模块L12336系列便可以参与到其中。在医疗诊断领域把L12336结合在紧凑的设备中，更益于设备在病人护理现场或附近使用，例如闪烁氙灯作为宽光谱光源可以在小型生化分析设备中使用、作为激发光光源用在荧光检测领域，作为诊断设备中的光源产品，闪烁氙灯会把功耗小、小型化、长寿命、光产额高等优势发挥的淋漓尽致。在“即时检测”（即POCT）设备如火如荼发展的今天，光源、探测器等元器件的高集成化、微型化已经是一个必然的趋势，而将滨松公司2W闪烁氙灯模块L12336和滨松研制的世界上最小的光电倍增管“Micro PMT”（μPMT）结合在一起，以滨松μPMT作为光探测，滨松2W闪烁氙灯模块作为光源，使医学探测更加快速便捷，而这也有可能对新的医学治疗诊断做出真正的贡献。滨松该两类产品，均会在2015年3月的第12届中国检验医学展滨松中国展台（D区505、506展位）隆重展出，进一步向业内人士展示其在检验医学上的更多更广的应用可能。除此之外，滨松的高集成化、微型化的世界最小微型光谱仪C12666MA，以及最新多通道MPPC模块（硅光电倍增管模块）亦会出现在该展会上，共同印鉴“微”时代的到来。另外，关于滨松2W闪烁氙灯模块，滨松工程师竹内还曾谈到：“当我们首次在产品展览中展示该滨松2W闪烁氙灯模块时，客户首先对它用电池驱动感兴趣。在减小设备尺寸成为主要趋势时，产品紧凑的设计成为另一个受到高度评价的特性。我们也听到了客户的评价，他们想在测量生物活体中尝试使用这个闪烁氙灯模块。”而在环境检测方面，滨松亦在研发不同的光源来替代在紫外区域发射高强度的汞灯，而一个有效的产品就是氙灯。根据不同的原因，这款滨松2W闪烁氙灯模块被认为是十分有效的。山下也希望，能够听到更多来自客户的对这款滨松2W型号闪烁氙灯模块L12336系列的建议。 更多滨松2W闪烁氙灯模块—L12336系列产品详细信息：

仪器信息网讯 2月25日，麻省理工学院电子研究实验室和物理系等在Science发表一种纳米光学的闪烁体架构最新成果：A framework for scintillation in nanophotonics。该闪烁体架构在电子诱导和x射线诱导的闪烁中都获得了近一个数量级的增强，有助于开发出一种更亮、更快、更高分辨率的新型闪烁体。这或将推动医学成像、x射线无损检测、电子显微镜和高能粒子探测器等技术的发展。（DOI: 10.1126/science.abm9293 ）闪烁体纳米光子学当高能粒子与材料碰撞时，能量会传递给材料中的原子，从而可以发光。这种闪烁过程被应用于从医学成像到高能粒子物理学等的许多探测器中。Roques-Carmes等人将纳米光子结构集成在闪烁材料上，以增强和控制其光发射。作者展示了纳米光子结构如何塑造闪烁的光谱、角度和偏振特性。这种方法将有助于开发更亮、更快和更高分辨率的闪烁体。摘要高能粒子对材料的轰击通常导致光发射，这一过程称为闪烁。闪烁在医学成像、x射线无损检测、电子显微镜和高能粒子探测器中有广泛的应用。大多数研究集中在寻找更亮、更快、更可控的闪烁材料。团队发展了一个统一的纳米光子闪烁体理论，该理论解释了闪烁的关键方面:高能粒子的能量损失，以及纳米结构光学系统中的非平衡电子的光发射。然后，我们设计了一种基于将纳米光子结构集成到闪烁体中来增强其发射的方法，在电子诱导和x射线诱导的闪烁中都获得了近一个数量级的增强。该框架预期能够开发出一种更亮、更快、更高分辨率的新型闪烁体，具有定制化和优化的性能。纳米光子闪烁体：( A ) 纳米光子闪烁体由与闪烁体集成的纳米光子结构组成。通过结合能量损失动力学、占据水平动力学和纳米光子学建模，可以对闪烁进行建模、定制和优化。( B ) 光子晶体纳米光子闪烁体增强x射线闪烁的数量级。( C ) 使用纳米光子闪烁体（白色虚线正方形）进行的 X 射线扫描。简介高能粒子对材料的轰击通常导致光发射，这一过程称为闪烁。闪烁体广泛应用于电离辐射的检测，具有广泛的应用，包括用于医学成像、无损检测的 X 射线探测器、用于正电子发射断层扫描的伽马射线探测器、夜视系统和电子显微镜中的荧光屏以及高能物理实验中的电磁热量计。因此，人们对开发具有更高光子产率和更高空间和能量分辨率的“更好的闪烁体”非常感兴趣。一般来说，更好的闪烁体会导致上述所有应用技术的明确改进。比如在医学成像技术中，更亮的闪烁体可以实现极低剂量的 X 射线成像，从而减少对患者的潜在伤害。大多数对改进闪烁体问题的研究都涉及合成具有更好固有闪烁特性的新材料。基本原理高能粒子转化为光子是一个复杂的多物理过程，其中入射粒子在闪烁体中产生一连串的二次电子激发。然后这些二次激发在发射闪烁光子之前放松为非平衡分布。通过在闪烁体中在闪烁光子波长的尺度上产生空间不均匀性，从而在波长尺度上调制材料的光学特性，可以控制和增强光发射。在这种“纳米光子闪烁体”中，由于电子可用于发光的光学态的局部密度的增强，闪烁体中的发光电子可以更快地发光。还可以使用这些纳米光子结构将捕获的光“引导”出闪烁体，从而检测到更多的光。这两种效应都导致闪烁光子发射率的提高。这些纳米光子效应与材料无关，原则上可以增强任何闪烁体，并且原则上也可以对任何类型的高能粒子观察到这些效应。纳米光子成形和增强电子束诱导闪烁实验演示：（a） 使用改进的扫描电子显微镜（SEM）诱导和测量电子束（10-40 keV）轰击闪烁纳米光子结构的闪烁。（b） 通过Monte Carlo模拟计算了绝缘体上硅晶片中的电子能量损失。插图：放大闪烁（硅）层中的电子能量损失。（c） 光子晶体（PhC）样品（蚀刻深度35nm）的SEM图像。倾角45◦.比例尺：1µm（顶部），200 nm（底部）。（d） 具有不同蚀刻深度（但厚度相同）的薄膜（TF）和PhC样品的闪烁光谱。（e） 闪烁信号通过物镜从真空室耦合出来，然后在相机上成像，并用光谱仪进行分析。（f-g）绿色和红色闪烁峰的理论（左）和实验（右）闪烁光谱之间的比较。插图：计算出的正常发射方向的闪烁光谱（每个立体角），显示出在单个发射角度上可能有更大的增强。成果该团队建立了纳米光子闪烁体的第一性原理理论，理论考虑了导致电子激发的复杂过程以及任意纳米光子结构中非平衡电子的光发射。使用该理论作为指导，在两个不同的平台上通过实验证明了数量级的闪烁增强：通过硅缺陷产生的电子诱导闪烁，以及传统闪烁体中通过稀土掺杂引起的 X 射线诱导闪烁。两种情况下的增强都是通过对闪烁体或闪烁体上方的材料进行二维周期性蚀刻来实现的，以创建二维光子晶体平板几何形状。该理论解释了实验观察到的增强，以及其他需要对发射过程的潜在微观动力学进行第一性原理描述的影响。例如，我们可以将观察到的光谱形状解释为光子晶体板的几何参数的函数。此外，使用该框架，我们可以解释信号与入射粒子通量的非线性关系，以及主要闪烁波长可能随高能粒子通量而变化的影响。此外，团队使用纳米图案 X 射线闪烁体来记录各种样本的 X 射线扫描，并观察到图像亮度的增加。这直接转化为更快的扫描，或者相当于实现给定亮度所需的更低 X 射线剂量。X射线闪烁的纳米光子增强结论该框架可以直接应用于在许多现有实验中的纳米光子闪烁模型，可解释任意类型的高能粒子、闪烁体材料和纳米光子环境。除此之外，该框架还允许发现用于增强闪烁的最佳纳米光子结构。成果展示了如何使用拓扑优化和其他类型的纳米光子结构来寻找可以呈现更大闪烁增强的结构。该团队期望这里展示的概念可以部署在使用闪烁体的所有应用领域，并在整个应用领域提供引人注目的应用，包括医学成像、夜视和高能物理实验等。实验设置和校准测量示意图.（A）实验设置示意图，扫描电镜SEM室内，1：电子束与样品相互作用；2：法拉第杯，链接外接皮安计，测量入射电流；3：6轴，同心圆工作台，由SEM控制；4：XYZ目标阶段。5：X射线遮挡窗口，SEM室外；6：镜面；7：管状镜头；8：分束器；9：CCD摄像机，成像样品表面；10：偏振片（可选）；11：XYZ框架组件，带两个聚焦透镜和一个光纤耦合器，内部分光仪；12：光栅转台；13，14：（聚焦）镜；15：光谱仪CCD，绿色激光馈通对准臂；16：绿色激光源；17：光纤耦合直通，真空兼容；18：光纤输出照明样品。（B）校准实验（其余设置与（A）类似）。19：AVA校准光源。（C）测量校准转换功能。

日前，英国豪迈旗下美国蓝菲光学（labsphere.com.cn）为某医疗设备制造商定制了一整套医疗成像测试设备，得到用户的盛赞。这是继在医疗内窥镜、激光医疗之后蓝菲光学又一次在医疗成像设备领域的成功探索。 测试对象一：闪烁晶体当前，高端医学影像技术，计算机断层扫描(CT)、X摄片和计算机断层显像(PET)等已广泛应用于生物医疗产业，这些医疗设备的光学成像都有一个共同特点即都是利用闪烁晶体成像。${Figure 1}荧光成像示例闪烁晶体是指在高能射线（如X射线，γ射线）或者其他放射性粒子激发下会发出荧光脉冲（闪烁光）的物质。广泛用于天体物理、高能物理、石油测井、医学成像、安检设备和国防安全等领域。随着应用的更高要求，对闪烁晶体的综合性能要求越来越高，进一步设计、发现、开发和生长具有高密度、优良光学均匀性、高光产额、快衰减、高稳定性、低成本等综合性能优良的闪烁晶体是闪烁材料研究的重点，同时如何准确地测量闪烁晶体的性能也是研究的重点之一。通常，在评价闪烁晶体的性能时需要测试其透光率、激发发射谱、光输出、发光强度及发光不均匀性等。蓝菲光学作为拥有近40年的光谱分析测试经验，是业内为数不多的可以提供绝对光谱辐射通量溯源的企业，也是除美国NIST外少数拥有可以在1%不确定度范围内测试30-3000流明的4π/2π标准卤钨灯实验室的单位。蓝菲光学的光谱分析测试系统可以测试紫外-可见-近红外波段的光谱及辐射通量以及待测物的反射和透射率，公司拥有全球知名的漫反射材料具有较好的漫反射特性和朗伯特性，可以保证所有测试数据溯源到NIST。搭配蓝菲光学高端光谱仪CDS 3020/3030可以瞬时捕捉光谱数据，轻松实现快速、准确测量，帮助晶体研发人员准确、高效地判断闪烁晶体的光学性能。${Figure 2} illumia plus 光谱测试设备 测试对象二：成像传感器校准我们知道高能射线发出的光人们是看不见的，当它照射到闪烁晶体上会发出荧光（可见光波段），利用传感器去捕捉发出的荧光从而成像，这样医生就可以透视生物体的情况。因此传感器的成像质量对医生观测生物体情况来说也至关重要。蓝菲光学为成像设备的测试和校准提供了数以千计的均匀光源系统，所有均匀光源系统采用蓝菲光学的高漫反射涂层，可达近似100%的漫反射，出光口的均匀性均可达99%，提供可溯源至NIST的辐射度、亮度、照度及出口均匀度校准报告。针对闪烁晶体发出荧光特性，蓝菲光学定制了与闪烁晶体同波段的单色均匀光源用以校准传感器。${Figure 3} CMOS检测同国外相比，国内闪烁晶体方面的生长和性能研究结合得还不够紧密，高性能的闪烁晶体的研制方面还十分薄弱。蓝菲光学拥有近40年的光谱分析检测技术以及超过15年的临床诊断分析仪OEM制造经验，拥有专利技术的漫反射材料为医疗领域提供了多种OEM解决方案，可以为国内闪烁晶体以及医学成像技术的发展提供准确的性能检测。利用蓝菲光学的在光学检测和校准方面的先进技术可以帮助改善光源以及成像质量，促进国内闪烁晶体及光医学成像研究的进步。