红外光波长检测

近日，来自安徽科技理工大学、安徽西部大学皖西学院、复旦大学大气与海洋科学学院、上海期智研究院的联合研究团队发表了《通过实施光学条纹噪声抑制方法的激光波长调制光谱技术实现气体测量的高精度和高灵敏度检测》论文。Recently, the joint research team from Anhui University of Science and Technology, West Anhui University, Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, Fudan University, Shanghai QiZhi Institute published an academic papers High precision and sensitivity detection of gas measurement by laser wavelength modulation spectroscopy implementing an optical fringe noise suppression method.可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）已被开发用于痕量气体测量，因其高精度、高灵敏度和无需任何样品准备的原位自校准的独特优势。通常，长光程的多次通过腔体（MPC）被应用于增强基于TDLAS的传感器的检测精度和灵敏度。然而，MPC中出现的意外光学干涉纹严重影响了传感器的检测精度和灵敏度。基于MPC的TDLAS传感器的检测精度和灵敏度通常受到光学干涉纹的限制，这些干涉纹由衍射、镜面表面瑕疵的散射、镜面畸变、热膨胀、冷收缩或应力变形引起。因此，MPC中观察到的光学干涉纹由不同的光学干涉纹组成。这些光学干涉纹主要是由于少量的激光以与主激光束相差ΔL的光程到达探测器所致。这些问题对于TDLAS是普遍存在的，尤其是在使用密集重叠斑点模式的MPC时，提出了一些不同的方法来消除光学干涉纹的负面影响。The Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) has been developed for trace gas measurement, as its unique advantages of high precision, high sensitivity and self-calibration in situ qualification with-out any sample preparation. The multi-pass cell (MPC) with a long optical path is usually applied to enhance TDLAS-based sensor’s detection precision and sensitivity. However, the unexpected optical fringes occurring in the MPC often spoil the sensor’s detection precision and sensitivity seriously. The detection precision and sensitivity of the TDLAS-based sensors containing an MPC are often limited by the optical fringes that result from diffraction, scattering on the mirror surface imperfections, mirror aberration, thermal expansion, cold contraction, or stress deformation. Therefore, the complex optical fringe consisting of different optical fringe will be observed in the MPC. These optical fringes are due largely to a small amount of laser reaching the detector with an optical path length differing by ΔL from the main laser beam. Those problems are common for TDLAS, especially using dense overlapped spot pattern MPC and some di&fflig erent methods are proposed to eliminate the negative influence of the optical fringes.研究团队提出了一种抑制可调二极管激光吸收光谱中光学条纹噪声的新方法，并将其应用于由光学条纹扰动的CH4气体传感器，以提高检测精度和灵敏度。所开发的CH4检测仪的示意图如图1所示。宁波海尔欣光电科技有限公司为此项目提供锁相放大器（HPLIA 微型双通道调制解调锁相放大器），从光电探测器输出的信号发送到锁相放大器，锁相放大器相对于同步信号对2f模式进行解调，锁相放大器的时间常数设为1ms。In this work, a novel method to suppress optical fringe noise in the tunable diode laser absorption spectroscopy is proposed and applied to the CH4 gas sensor perturbed by optical fringes for higher detection precision and sensitivity.The schematic diagram of the developed CH4 detection instrument is shown in Fig. 1 . HealthyPhoton Co.,Ltd provided a HPLIA Miniature dual-channel modulated demodulation lock-in amplifier for this project. The lock-in amplifier demodulates the signal in the 2f mode with respect to the sync signal. The time constant of the lock-in amplifier is set to 1 ms.Fig.1. Schematic diagram of the developed CH 4 detection systemlock-in amplifier (Healthy Photon, HPLIA)对于被光学条纹和随机噪声干扰的20 ppm CH4的二次谐波(2 f)信号，通过该新方法，2f信号的信噪比(SNR)从17提高到182，优化平均光谱范围Δ𝜆 。与未经处理的原始信号相比，CH4测量精度改善了约1.5倍。相应的最小可检测浓度可从3 ppb改善到0.78 ppb。系统的相应噪声当量吸收灵敏度(NNEA)和噪声当量浓度(NEC)分别为6.13 ×10-11 cm&minus 1 W Hz&minus 1/2 and 0.181 ppm。For the 2nd harmonic(2f) signal of 20 ppm CH4 spoiled by optical fringes and random noise, by the novel method, the signal-to-noise ratio (SNR) of the 2f signal is improved about 6.5 times from 17 to 182 with an optimal averaging spectral range Δ𝜆 . A &sim 1.5 times improvement in the measurement precision of CH4 is achieved compared to unprocessed raw signal. The corresponding minimum detectable concentration can be improved from 3 ppb down to 0.78 ppb. The corresponding noise equivalent absorption sensitivity (NNEA) and the noise equivalent concentration (NEC) of the system is 6.13 ×10-11cmW-1Hz-1/2 and 0.181 ppm, respectively.Violet line from traditional averaging method and magenta line from the novel optical fringe noise suppression method.Histogram plot of the 20 ppm CH 4 deviation.20 ppm CH 4 Allan-deviation stability of developed overlapped spot pattern MPC.参考文献：Reference:Yanan Cao, Xin Cheng, Zong Xu, Xing Tian, Gang Cheng, Feiyan Peng, Jingjing WangHigh precision and sensitivity detection of gas measurement by laser wavelength modulation spectroscopy implementing an optical fringe noise suppression method, Optics and Lasers in Engineering 166 (2023) 107570www.elsevier.com/locate/optlaseng

来自奥地利、美国和瑞士的科学家组成的国际科研团队，研制出了首个中红外波长范围超级反射镜，有望用于测量微量温室气体或用于切割和焊接的工业激光器等领域。研究论文发表于最新一期《自然通讯》杂志。在可见光波长范围内，现有金属反射镜的反射率为99%。在近红外范围，专用反射镜涂层的反射率高达99.9997%；但迄今最好的中红外反射镜的反射率为99.99%，光子丢失率是近红外超反射镜的33倍。人们一直希望将超反射镜技术扩展到中红外领域，以促进很多领域取得重大进展，如测量与气候变化有关的微量气体、分析生物燃料，以及提升广泛应用于工业和医疗领域的切割激光器和激光手术刀的性能等。此次，研究团队研制出的中红外超反射镜的反射率高达99.99923%。为制造出中红外超级反射镜，研究团队结合传统薄膜涂层技术与新型半导体材料和方法，开发出一种新涂层工艺。为此，他们先研制出直径为25毫米的硅基板，然后让高反射半导体晶体结构在10厘米的砷化镓晶片上生长，接着将其分成更小的圆形反射镜，再将这些反射镜安装到硅基板上，得到了超级反射镜并证明了其性能。研究人员指出，这款新型超反射镜的一个直接应用是显著提高中红外气体分析光学设备的灵敏度，可准确计量微量环境标志物，如一氧化碳等。

时隔43年，第三次全国土壤普查重磅开启，我国再一次对土壤进行的“全面体检”。2022年2月16日，国务院印发了《关于开展第三次全国土壤普查的通知》。当前，第三次全国土壤普查工作已经进入了正式实施阶段。根据《土壤样品制备与检测技术规范（送审稿）》，本次普查涉及土壤全硫、全氮、全磷、全钾等实验室检测项目。赛恩思针对全硫检测项目提供高频红外碳硫仪应用解决方案。燃烧红外光谱法检测土壤中全硫含量涉及项目：土壤中全硫含量燃烧红外碳硫仪检测土壤样品的难点： 红外测试法是基于燃烧炉已经将土壤充分燃烧后进行的，燃烧炉可以使用管式燃烧炉，也可以使用高频燃烧炉，管式燃烧炉预热时间长，分析速度慢，分析效率较低，因此高频燃烧炉常常用于土壤及矿石的碳硫分析。土壤属于非金属样品，分析时需要大功率的高频燃烧炉，功率越大，升温速度越快，温度高，转化率高，功率大助熔剂的用量少，空白值带来的误差小。土壤中含有机物，燃烧以后产生水分子，水分子和二氧化硫分子吸收的红外光波长很接近，特别是对于带宽较宽的红外测试仪，仪器无法区分水分子和二氧化硫分子，因此水分子对硫的测试结果影响很大，测试过程中需要除水，除水有物理除水和化学除两种方式，物理除水比化学除水效果好，更稳定且不会失效，分析土壤最好使用物理除水。赛恩思高频红外碳硫仪检测土壤样品的优势：分析范围 C 0.00001-99.9% S 0.00001-99.9%分析精度 C 0.8% S 0.8%大功率燃烧：≥3.5kw，整体模块化，输出稳定，故障率低物理除水装置：应用分析气体物理除水装置专利技术 专利号[ZL 2021 2 3303903.1]智能化程度高：碳硫同时出结果、自动报警功能、可实现企业数据化管理全量程覆盖：碳硫含量检测精确到PPM级分析效率高：仪器操作简单，分析速度快高频辐射屏蔽技术：降低高频辐射对人体伤害，减少高频磁场对红外电路板干扰，数据更精准智能休眠自我保护功能：降低器件损耗，延长仪器寿命双区域自动除尘：集高压反吹、刷尘、排尘、集尘于一体测试案例中国农业科学院土壤肥料研究所采用赛恩思高频红外碳硫仪测试土壤样品中的碳硫含量数据总结：采用高频红外碳硫仪测定土壤中全硫的含量，方法具有很好的精密度和准确度；操作简单、分析速度快、大大提高测定效率。

近日，在中国科学院科研仪器设备研制项目的支持下，中科院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心基于声光偏转器(AOD)调谐技术和光参量振荡技术(OPO)实现了8.0-8.7μm长波激光的可调谐超快波长切换，波长切换时间优于100μs，波长个数≥70个，单个波长谱宽≤30nm。该激光器能够在长波波段快速扫频且具有极高的峰值功率，将为我国复杂环境中的毒性气体遥测、光电对抗等提供优质的激光光源。光参量振荡技术(OPO)是非线性光学频率变换技术。随着非线性红外晶体制备技术的提升，基于OPO产生高峰值功率高重复频率长波激光成为目前激光技术研究领域的热点。然而，OPO技术通常基于温度、晶体转动、泵浦源波长调节等方式实现激光波长的调谐。项目团队提出基于声光偏转器调节参量光角度和相位匹配条件，进而实现输出波长的快速调节。历时3年，该团队先后突破了2μm激光源、红外晶体及谐振腔镜损伤特性表征、行波腔调谐补偿等关键技术，完成了超快波长切换的宽调谐范围长波固体激光光源的技术验证。后续，项目团队将按照中科院科研仪器设备研制项目的既定目标，开展工程样机研制和应用示范工作。AOD驱动频率与输出的长波激光波长

报告简介： 傅里叶红外光谱（FTIR）是学术界以及工业界表征鉴别材料的常用手段。常规FTIR显微镜通常使用相对较弱、光谱范围较广的红外光源，但其分辨率受限于光波长小约为波长的一半，这严重限制了光学技术尤其是长波段的中远红外和太赫兹技术在微观领域的研究。相比之下，纳米傅里叶红外光谱仪-Nano-FTIR、超高分辨散射式近场光学显微镜-neaSNOM和 AFM-IR显微镜具有更强的激光源，可实现材料在纳米尺度下的组分分辨。然而，为实现较强的激光功率，其代价往往缩小了光谱覆盖的范围。在本次网络研讨会中，我们将介绍一种全新的全波段可调谐激光光源，它与 neaspec 显微镜结合可提供前所未有的光谱覆盖范围，并实现纳米红外显微镜的10 nm成像和光谱测量。 这种特技术的特点：• 超宽的可调谐波长范围 550-7000 cm-1，同时具有与 QCL 相当的调谐速度；• 线宽 4 cm-1，实现快速的纳米化学组分成像；• 与散射式近场光学（s-SNOM）和 AFM-IR / PTE+等测量模式兼容。 在网络研讨会的问答时段，您可以直接与neaspec专家探讨科研工作中所面临的技术挑战和各种问题。欢迎您届时参加！报名注册：您可以通过点击此处或扫描下方二维码报名注册此次会议。扫描上方二维码，即可注册！报告时间：2021年12月02日 17:00（北京时间） 主讲人：主持人：Sergiu Amarie, neaspec高应用工程师演讲嘉宾：Magnus Johnson, KTH Stockholm技术线上论坛：https://qd-china.com/zh/n/2004111065734

成果简介2021年8月，南开大学庞代文教授课题组在国际期刊J. Am. Chem. Soc上发表论文：Breaking through the Size Control Dilemma of Silver Chalcogenide Quantum Dots via Trialkylphosphine-Induced Ripening: Leading to Ag₂Te Emitting from 950 to 2100 nm，提出配体诱导量子点熟化生长策略，实现银硫族（Ag₂Te）量子点发射波长从950nm到2100nm连续可调。背景介绍银硫族量子点（Ag₂X X=S, Se, Te）是一类窄带隙半导体纳米晶体，由于其具有近红外荧光发射、高稳定性以及低生物毒性等优异性质，作为近红外二区荧光活体成像的荧光材料，在生物医学研究中有着良好应用。理论上，银硫族量子点中的Ag2Se以及Ag2Te量子点的荧光发射波长能够覆盖整个近红外波段。然而，目前其发射波长可调窗口很窄，无法在宽范围内连续调节。量子点的发射波长（带隙）可通过控制量子点的尺寸来调节，但对于银硫族量子点，其难点在于：1）带隙太窄，发射波长对尺寸变化特别敏感；2）对其成核与生长机理认识不足。量子点尺寸控制的关键在于控制成核与生长阶段单体的供给。小尺寸量子点合成时，需要控制单体用于成核，且抑制纳米晶的进一步生长。反之亦反。庞代文教授团队发现，三烷基膦能够诱导小尺寸银硫族量子点溶解。基于此发现，可通过改变三烷基膦用量、种类、合成温度等精确调控银硫族量子点的溶解行为，进而调控单体为成核或生长所用，精准实现不同尺寸（发光波长）银硫族量子点合成。图文导读本实验以Ag₂Te为样品，通过在1.6–5.9nm间（幅度(Δr)仅4.3nm）精确调节Ag₂Te量子点的粒径，实现了其发射波长从950nm至2100nm的连续可调（跨度(Δλ)为1150nm）。图1 三烷基膦诱导量子点熟化实现Ag₂Te发射波长从950nm到2100nm连续可调。 图2 量子点表面致密的配体层有效地钝化了表面原子，非辐射跃迁减少，发光效率得到了提升。本工作中，Ag₂Te量子点的荧光发射峰可调范围宽（950-2100 nm），为获得真实、完整的稳态荧光光谱需要使用不同的近红外检测器，以在检测器的最佳响应区间进行测试。对于瞬态荧光光谱，由于近红外样品的量子产率相对可见光样品较低，想要在短时间内完成测试，对激光器的功率有较高的要求。本工作中使用980 nm的脉冲光源（DD-980L, HORIBA）激发样品，荧光寿命曲线用软件（DAS6, HORIBA）拟合，可以快速实现近红外量子点瞬态荧光的测试。仪器推荐Fluorolog-QM，采用模块化设计，针对如AIE、钙钛矿、近红外一区二区荧光探针、稀土纳米发光材料、量子点、光功能材料等热点应用实现个性化配置。激发波长低至180nm起，发射波长可覆盖185~5500nm。全波长范围准确聚焦，无色差，高灵敏度35000:1，高分辨率0.1nm。全套的寿命测试技术（TCSPC、MCS、SSTD和延迟技术），保证了全光谱稳瞬态、延迟光谱测试功能。Fluorolog-QM 模块化稳瞬态荧光光谱仪扫码咨询产品总结展望尽管有着十余年的发展历史，银硫族量子点一直面临着发射波长难以在宽范围内调控的难题。相比于原有的工作，这个工作在合成方法以及涉及的化学试剂上并没有太多的变化，而是从细节出发，发现了之前一直被忽略的现象，并基于这一发现突破了存在多年的调控难题。庞代文教授简介：博士、南开大学化学学院杰出教授、博士生导师、美国医学与生物工程院（AIMBE）Fellow、英国皇家化学会Fellow (FRSC)、南开大学分析科学研究中心主任、全国纳标委纳米光电显示技术标准化工作组组长等。主要从事生物医学量子点研究。联系作者：335388123@qq.com文献信息英文原文标题Breaking through the Size Control Dilemma of Silver Chalcogenide Quantum Dots via Trialkylphosphine-Induced Ripening: Leading to Ag2Te Emitting from 950 to 2100nm发表期刊J.Am. Chem. Soc文章署名作者：Zhen-Ya Liu, An-An Liu, Haohao Fu, Qing-Yuan Cheng, Ming-Yu Zhang, Man-Man Pan, Li-Ping Liu, Meng-Yao Luo, Bo Tang, Wei Zhao, Juan Kong, Xueguang Shao, and Dai-Wen Pang扫码查看文献

一、项目基本情况1.项目编号：ZTXY-2023-H21768项目名称：北京理工大学纳米光谱与成像探测系统采购预算金额：700.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：700.000000 万元（人民币）采购需求：名称数量单位简要技术要求是否接受进口产品北京理工大学纳米光谱与成像探测系统1套采用散射式近场光学（s-SNOM）设计，近场光学空间分辨率与入射光波长无关，在可见光和红外光波段范围内均能够实现光学超分辨成像，光学空间分辨率≤10nm；是 合同履行期限：合同签订后12个月内交货并安装完毕。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：ZTXY-2023-H21769项目名称：北京理工大学超高速波长调制光学测量系统采购预算金额：765.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：765.000000 万元（人民币）采购需求：名称数量单位简要技术要求是否接受进口产品北京理工大学超高速波长调制光学测量系统1套包括4个模块即激光器主机模块、调频模块、锁频模块以及测量分析模块，需保证模块间的互相协作及集成整合，可针对爆轰反应流场的多物理参数是 合同履行期限：合同签订后6个月内交货并安装完毕。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年12月04日 至 2023年12月11日，每天上午8:30至12:00，下午12:00至16:30。（北京时间，法定节假日除外）地点：北京市朝阳区南磨房路37号华腾北搪商务大厦11层1103室（或邮件方式）。方式：现场报名或邮件方式。邮件方式：在本项目招标文件发售截止时间前，将支付标书款凭证发至邮箱baoming_ztxy100@163.com。邮件主题“【北京理工大学超高速波长调制光学测量系统采购】-XXX公司”。邮件内容“【项目信息（项目名称、项目编号），投标人信息（公司全称、统一信用代码），联系人信息（姓名、手机号、电子邮箱）】”以标书款到账时间为准，逾期汇款报名无效（未及时发送报名信息导致的后果，投标人自行承担）。售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：北京理工大学　　　　　地址：北京市海淀区中关村南大街5号　　　　　　　　联系方式：陈老师，010-68912384　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：中天信远国际招投标咨询(北京)有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市朝阳区南磨房路37号华腾北搪商务大厦11层1103室　　　　　　　　　　　　联系方式：王文姣、王师安、于海龙、成志凯、张静、鲁智慧，010-51908151 　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：王师安电　话：　　010-51908151

海洋区域湿度大，昼夜温差大，极易形成雾、霾、水汽等特殊条件。可见光在正常条件下成像良好，但是受天气影响较大，在恶劣天气下会出现对比度变低，轮廓模糊，细节丢失的现象等问题，无法清晰的识别目标。热成像技术虽然透雾能力好，但是当目标和背景温度接近时，热成像细节丢失严重，不利于海洋区域的目标探测。而短波红外在海面恶劣天气下也可以实现远距离船只监测，由于具备对海雾的良好透过性，所以目标几乎很少受到海上雨雾天气的影响，具有较为明显的轮廓和纹理特征。图 1可见光和短波红外雾天成像对比短波红外成像和可见光类似，主要依靠场景物体反射的光信号成像，其波段范围大约在900nm~2300nm之间，因为光在遇到大气中的分子、粒子、气溶胶和大量的悬浮小水滴时都会发生散射，当大气中的散射粒子小于光波长时，可以按照瑞利散射处理，散射系数为式中，S为散射粒子的截面积，N为单位体积的粒子数，λ为光波波长，从公式中可以看出，波长越长，散射越弱，透雾能力越强，所以短波红外穿透雾霾能力比可见光强。如图2所示，分别为可见光和短波红外的成像情况，舰船在短波红外图像中的细节更丰富。图 2 雾中短波红外（左）与可见光成像（右）不仅如此，短波红外在海面微小目标识别方面也有很大的优势，由于海面拍摄距离远，微小目标在探测器上占据的像素小， 而且海面也在不断地变化，当海杂波干扰过大时，微弱目标的信号会被淹没，造成可见光探测困难。但是短波红外则不同，利用海水对短波红外具有强吸收这一特性，可以大大提高微弱目标的识别能力。海水几乎不反射短波红外，而微弱目标发射红外辐射，背景和目标的对比度增大，微弱目标更容易被观测到。所以当对海面浮冰、小船、蛙人、浮标、飞机残骸、海面漂浮物等这些声光电特性不明显的目标探测时，相比可见光，短波红外更适合观测。 此外，短波红外技术还具有在夜间和低光条件下提供高质量监控图像的能力，在海岸港口，夜间航行可能存在风险，而短波红外监控系统可以保证即使在黑暗中，港口和船只的活动也能被及时监测，从而提高港口的安全性。西安立鼎光电提供非制冷、制冷面阵以及线阵多款短波红外相机，现货供应，具体产品如下：01非制冷短波红外相机02宽谱段短波红外相机03制冷型短波红外相机04科研型短波红外相机05线阵短波红外相机06定制短波红外相机立鼎定制型短波红外相机是立鼎团队为保证各类客户的产品性能指标而推出的定制化服务。可根据用户不同需求进行产品定制，将客户重点关注的产品性能进行提升，以满足客户在不同领域的使用。目前，立鼎团队已为多家客户定制适合客户项目应用需求的多款相机，得到了众多用户的认可。更多信息请联系西安立鼎光电400-860-5168转6159西安立鼎光电科技有限公司成立于2016年4月，是一家专业从事短波红外成像系统及光电测试装备的研发生产、系统集成、销售服务为一体的国家级高新技术企业。公司专注于为客户提供从器部组件到全套光电系统产品的完整解决方案。近年来，公司研制的短波红外成像系统在激光光斑检测、半导体检测、激光通信、光谱成像、激光切割、生物医疗、天文观测、安防等领域得到了广泛的应用。多年来，根据用户需求研制的多款光电测试装备为用户产品的性能指标保证发挥了重要作用。

可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy， 即TDLAS）是一种红外吸收光谱分析技术，利用分子“选频”吸收形成吸收光谱的原理，实现高分辨率的分子浓度定量分析技术。TDLAS能够进行原位非接触式测量，并且具有高精度、高选择性等特性，结合波长调制光谱（WMS）和锁相放大等抑制噪声的技术，可以实现ppm甚至ppb量级的痕量气体分子浓度测量。 之前我们已经介绍过锁相放大的工作原理和其在TDLAS中的应用，今天小编就跟大家聊聊WMS背后的科学还有实际的应用方式吧！ TDLAS基本原理及Beer-Lambert定律 了解WMS技术之前，我们先简单复习一下TDLAS的原理：基本方法是通过调谐特定的半导体激光器波长，扫过被测气体分子的特定吸收光谱线，被气体吸收后的透射光由光电探测器接收，经锁相放大模块提取透射光谱的谐波分量，反演出待测气体浓度信息。 为了确定与于目标分子浓度相关的吸收，必须将透射光强度I与入射光强度I0进行比较。这个定量分析的依据来自Beer-Lambert定律： 其中L为光程，α(v) 是由入射光波长和样品中目标分子浓度同时决定的吸收系数。TDLAS技术通过使用Beer-Lambert定律分析吸收光谱的数据，便可以获得分子浓度信息。 图一 TDLAS技术示意图 直接吸收光谱（DAS） 接着，我们来看一下直观的直接吸收光谱（Direct Absorption Spectroscopy, DAS）技术。顾名思义，DAS技术通过检测入射光和透射光强度直接获得光吸收量（如图二），并根据两个信号的比例直接推断出气体特性，典型的DAS方法得到的信号如图三。 图二 DAS示意图：调谐激光器波长扫过被测气体分子的特定吸收光谱线，在吸收峰可以直接看到的投射光强度衰减 图三 直接吸收光谱（DAS）技术的典型透射光强度信号 图三也显示了DAS的潜在问题，其相对简易直接的性质使得DAS对许多噪声源敏感。各种高强度的噪声可能源于激光强度波动、激光波长波动（如果激光波长在吸收曲线内波动，也会导致透射光的强度波动）、探测器噪声、散粒噪声（光子噪声）和其他技术噪声。如果吸收谱线足够强，即吸收物质的浓度足够高、提供足够的信噪比 (SNR)，则可以使用DAS进行准确测量。然而，检测低浓度的气体分子需要进一步减少吸收接收信号中的噪声，WMS就是一种在TDLAS技术中广为应用来抑制噪声的方法。 波长调制光谱（WMS） WMS能够改善DAS在信噪比较差的环境中的局限性。将入射激光的波长用一个相对较高频率的载波（通常约为10 kHz）进行调制（如图四），并且将吸收光谱信号以调制频率或该频率的谐波进行解调评估分析，获取特异但有规律可循的谐波波形，从而获取分子浓度信息。由于噪声的影响主要存在于低频，例如二极管的1/f噪声或机械噪声，WMS技术将吸收光谱的检测转移到到了信噪比较优的高频，以此达到抑制噪声的目的。 图四 WMS示意图：调制入射激光的波长至较高频率，将接收端信号以调制频率的谐波进行解调分析 WMS的实现是通过调制可调谐半导体激光器的注入电流，以达到对激光输出的波长和强度的高频调制，并将吸收信号移到了更高的频率。其中，TDLAS系统的线性响应（激光器的线性强度调谐）以调制频率的一次谐波为中心，系统的非线性响应（例如吸收和非线性强度调谐）则反应在调制频率的二次及更高次谐波，因此可以透过对高次谐波信号的分析来提取光谱吸收信息。一般来说，二次谐波分析足以满足大多数的气体分析要求。 要提取并分析在已知载波频率的高频信号，锁相放大器是一个十分强大的工具。利用锁相放大器可以用来创建指定频率的带通滤波器，如果带宽足够窄，便能抑制宽带噪声，所以用于调制的频率必须避开主要的噪声频率。（点击这里了解锁相放大器在TDLAS系统中的功用） 除此之外，WMS技术还提供了另外一种选择，能够通过频分复用的方法同时发射传播多个不同波长的激光。多个激光以不同的频率调制并收集在单个探测器上，谨慎选择的调制频率能够尽量避免谐波重叠或拍频干扰，最终每个激光信号都可以由独立的锁相放大通道器提取。利用昕虹光电数字电路实现的双通道锁相放大器，使得实现这样的一个多组分分子一体化探测系统变得经济而简单，实现对多个目标分子（如多种温室气体N2O,CH4,CO2等）同时进行测量。 参考文献：1. “Absorption spectroscopy”, http://www.atomic.physics.lu.se/fileadmin/atomfysik/Education/Elective_courses/FAF080_AtomoMolekylSpektr/Lab_absorption_spectroscopy_2017.pdf2. Christopher Lyle Strand, 2014, ‘Scanned Wavelength-Modulation Absorption Spectroscopy with Application to Hypersonic Impulse Flow Facilities’, PhD thesis, Standford University, USA.

近日，来自中国科学院安徽光学精密机械研究所、先进激光技术安徽省实验室、中国科学技术大学、法国滨海大学大气物理化学实验室联合研究团队发表了《基于钕铁硼环形磁体阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》论文。Recently, the joint research team from Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences, Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, University of Science and Technology of China, Laboratoire de Physicochimie de l′ Atmosph`ere, Universit´ e du Littoral C&circ ote d′ Opale, published an academic papers Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array.氮氧化物（NOx，包括二氧化氮（NO2）和一氧化氮（NO））是对流层臭氧的重要前体，同时也影响羟基和过氧基自由基的浓度。大多数气态化合物在被氧化和从空气中去除或转化成其他化学物质时，都会直接或间接接触到NOx。在典型的羟基自由基水平下，NOx的寿命取决于季节和光化学反应速率，通常为几小时。根据IPCC第六次评估报告，NOx的排放导致净正向变暖，因为它既形成短期臭氧（变暖），又破坏环境甲烷（冷却）。此外，NOx还导致酸沉降以及化学烟雾和气溶胶的形成。NO和NO2在大气光化学反应中起着核心作用，针对它们的检测有助于理解这两种气体的来源和去向，以及研究陆地生态系统与大气之间的NOx交换通量。Nitrogen oxides (NOx, the sum of nitrogen dioxide (NO2) and nitric oxide (NO)) are important precursors of tropospheric ozone, and they also influence the concentration of hydroxyl and peroxyl radicals. Most of the compounds that are oxidized and removed from the air or converted to other chemical species are in direct or indirect contact with NOx. At typical hydroxyl radical levels, the life time of NOx depends on the season and the photochemical reaction rate, which is typically a few hours. According to the IPCC sixth assessment report, the emissions of NOx result in net-positive warming from the formation of short-term ozone (warming) and the destruction of ambient methane (cooling). Additionally, NOx contributes to acid deposition and the formation of chemical smog and aerosols. Since NO and NO2 play a central role in atmospheric photochemical reactions, their simultaneous detection helps to understand the sources and sinks of these two gases, in addition to studying the NOx exchange fluxes between terrestrial ecosystems and the atmosphere.化学发光检测（NO + O3 → NO2 + O2 + hν）是测量NOx的传统方法。在通过化学发光反应（Mo + 3NO2 → MoO3 + 3NO）测量之前，NO2首先需要在高温（~325°C）下转化为NO。虽然这种方法被广泛使用，但其他氧化氮化合物，如过乙酰亚硝酸酯（PAN）和硝酸（HNO3），可能会在测量NOx浓度时引起交叉干扰。同时，这种方法不能区分NO和NO2。红外吸收法也可用于测量NO和NO2。在这种方法中，通常需要通过转化器将NO2还原为NO。由于NO和NO2是顺磁分子，法拉第旋转光谱（FRS）可以用作实现其高度敏感和选择性检测的潜在方法。FRS通过检测气态介质在纵向磁场中引起的光偏振状态的变化，实现对物种浓度的高灵敏度检测。该方法通过测量光学色散实现气体浓度的检测，因此其动态测量范围比基于比尔-兰伯定律的吸收光谱（动态范围上限≤10%）更大。FRS的另一个重要优势是它对于抗磁性分子（如水和二氧化碳）具有较强的抗干扰能力，从而使其具有高样品特异性。Chemiluminescence detection (NO+O3→NO2+O2+hν) is the conventional method for measuring NOx. NO2 first needs to be converted to NO at high temperature (~325 ◦ C) before it can be measured by chemiluminescence reaction (Mo+3NO2→MoO3+3NO). Although this method is more widely used, other oxidized nitrogen compounds, such as peroxyacetyl nitrate (PAN) and nitric acid (HNO3), can cause cross-interference in the measurement of NOx concentrations. Simultaneously, this method is non-selective in discriminating between NO and NO2. The infrared absorption method can also be used for NO and NO2 measurements. In this method, NO2 usually needs to be reduced to NO by the converter. As NO and NO2 are paramagnetic molecules, Faraday rotation spectroscopy (FRS) can be used as a potential method to achieve their highly sensitive and selective detection. FRS enables highly sensitive detection of species concentrations by detecting changes in the polarization state of light induced by a gaseous medium immersed in a longitudinal magnetic field. This method realizes the detection of gas concentration by measuring optical dispersion, so it has a higher dynamic measurement range than absorption spectroscopy (dynamic range upper limit ≤10%) based on Beer-Lambert law. Another significant advantage of FRS is that it is reasonably immune to diamagnetic species (e.g., water and carbon dioxide), which allows it to exhibit high sample specificity. 大多数这些报道的FRS传感器使用螺线管提供外部纵向磁场，从而导致能耗高和产生过多焦耳热。同时产生目标磁场所需的高电流交流电路会产生不受控制的电磁干扰（EMI），通常会降低FRS传感器的长期稳定性。此外，当前报道的FRS传感器只能在吸收池中进行单组分测量，不能满足复杂环境中同时进行多组分测量的需求。Most of these reported FRS sensors use solenoid coils to provide an external longitudinal magnetic field, which makes them suffer from high power consumption and excessive Joule heat generation. The high-current alternating current circuit required to generate the target magnetic field produces uncontrolled electromagnetic interference (EMI), which usually deteriorates the long-term stability of the FRS sensors. In addition, the currently reported FRS sensors are only capable of single-component measurements in the absorption cell and cannot meet the demand for simultaneous multi-component measurements in complex environments.在本研究中，提出了一种新型的低能耗FRS传感器，基于钕铁硼（NdFeB）环形磁体阵列，实现在单个吸收池中同时检测NO和NO2。分析了同轴双波长赫里奥特池（DWHC）的环形磁体阵列的磁场分布特性。使用两台室温连续波中红外量子级联激光器（QCL），波长分别为5.33 µ m（1875.81 cm&minus 1）和6.2 µ m（1613.25 cm&minus 1），同时探测DWHC内的磁光效应。通过对激光波长进行高频调制，有效抑制了1/f噪声。优化了双波长FRS NOx传感器的性能，包括调制幅度、调制频率、样品气压和分析器偏置角。本研究提出的FRS传感器为现场可部署的微量气体检测设备提供了理想解决方案。宁波海尔欣光电科技有限公司为此研究提供了HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞（MCT）光电探测器，用以分别检测2个激光束。In the present work, a novel low-power FRS sensor based on a neodymium-iron-boron (NdFeB) ring magnet array was proposed to achieve simultaneous detection of NO and NO2 in a single absorption cell. The magnetic field distribution characteristics of a ring magnet array coaxial to a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) were analyzed. Two room-temperature continuous wave mid-infrared quantum cascade lasers (QCL) with wavelengths of 5.33 µ m (1875.81 cm&minus 1) and 6.2 µ m (1613.25 cm&minus 1), respectively, were used simultaneously to probe magneto-optical effects within the DWHC. The 1/f noise was effectively suppressed by high-frequency modulation of the laser wavelength. The performance of the dual-wavelength FRS NOx sensor was optimized with respect to modulation amplitude, modulation frequency, sample gas pressure, and analyzer offset angle. The FRS sensor proposed in this work provides a preferable solution for field deployable trace gas detection equipment. The laser detected by two TEC-cooled mid-infrared thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K).(a) Schematic diagram of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor based on a NdFeB ring magnet array (b) Optical layout of the FRS NOx sensor.thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K),结论本研究开发了一种基于NdFeB环形磁铁阵列的双中红外波长FRS传感器，用于同时检测NO2和NO。在光学路径长度为23.7米，积分时间为100秒的条件下，NO2和NO的检测限分别为0.58 ppb和0.95 ppb。高频激光波长调制与外部静态磁场相结合，最大程度地减小了低频噪声对FRS信号的影响。基于有限元方法分析了使用的永磁体阵列的磁场分布特性，帮助确定与其耦合的吸收池长度。采用双波长赫里奥特池放大两种不同偏振光波长与氮氧化物分子之间的相互作用，从而实现了在单个吸收池内对两种顺磁分子的高灵敏度检测。本文提出的FRS NOx传感器在大气环境监测或生态系统NOx通量观测等领域，具有进一步发展成为便携式、可在实地使用的仪器的巨大潜力。Conclusion In this work, a dual mid-infrared wavelength FRS sensor based on a NdFeB ring magnet array was developed for the simultaneous detection of NO2 and NO. The detection limits for NO2 and NO were 0.58 ppb and 0.95 ppb, respectively, at an optical path length of 23.7 m and an integration time of 100 s. High frequency laser wavelength modulation was combined with an external static magnetic field to minimize the effect of low frequency noise on the FRS signal. The magnetic field distribution characteristics of the used permanent magnet array were analyzed based on the finite element method, which helped to determine the length of the absorption cell coupled to it. A dual-wavelength Herriott cell was used to amplify the interaction between two different wavelengths of linearly polarized light and nitrogen oxide molecules, thus achieving highly sensitive detection of two paramagnetic molecules within a single absorption cell. The FRS NOx sensor presented in this work shows great potential for further development into a portable, field-deployable instrument with applications in atmospheric environmental monitoring or ecosystem NOx flux observation. (a) Schematic diagram of a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) with a NdFeB ring magnet array (b) Characteristics of the magnetic inductance line distribution around a NdFeB ring magnet array (c) Ray tracing results in a DWHC (d) Spot distribution on a concave mirror.Optimization of laser modulation frequency for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Optimization of laser modulation amplitude for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.(a), (b) Measured FRS NOx signal as a function of analyzer angle (c), (d) Calculated FRS NOx noise as a function of analyzer angle (e), (f) Calculated SNR as a function of analyzer angle.Measured FRS NOx signal amplitude as a function of sample pressure.(a) , (b) FRS signals for different concentrations of NOx (c), (d) Linear dependence of FRS signal amplitude as a function of NOx concentration.Allan deviation plot of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Reference:Yuan Cao, Kun Liu, Ruifeng Wang, Guishi Wang, xiaoming Gao, Weidong Chen，Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array, Sensors & Actuators: B. Chemical 388 (2023) 133805https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133805

导读近日，Quantum Design中国作为先进科学仪器代表企业接受了《BTV北京科教卫视》的专访，本次专访主要以新的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量新技术如何解决微塑料监测难题为主题，专访节目已于近期在【BTV北京科教卫视】栏目播出。〖微塑料污染日益严重 监测技术备受关注〗近年来，微塑料污染问题已在全球范围内引起公众和各国政府的关注，逐渐成为影响经济和社会发展的重大全球性挑战。我国政府对此问题也给予了高度重视并设点开展了海洋微塑料污染的试点监测，主要采用的监测方法有目视分析法、光谱法 （如傅立叶变换红外光谱法和拉曼光谱法）、热分析法以及其他分析方法等 （如质谱法以及扫描电子显微镜-能谱仪联用法）。其中，红外光谱及拉曼光谱分析，由于具有无破坏性、低样品量测试、高通量筛选以及所获取的结构信息互补等特点，成为检测和鉴别微塑料的主要分析技术。但在实际操作中上述技术仅可对几微米颗粒物进行检测，使微塑料的监测和研究面临诸多困难。【BTV北京科教】关注：微塑料监测 前沿技术Quantum Design公司引进的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统新设备mIRage，因为其能够实现亚微米的分辨率、非接触、液相样品的直接观测等全方面的技术突破，获得全球科技创新R&D100大奖，并引起了国内外的广泛关注，近日【BTV北京科教卫视】对公司进行了专访，重点介绍了这种新的红外技术在微塑料监测领域的突破和应用。〖非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统突破哪些技术难点？〗Quantum Design中国表面光谱部门销售总监韩铁柱博士在公司应用实验室向记者详细的做了介绍：“非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统克服了传统红外光谱仪空间分辨率受限于红外光波长的问题，将分辨率从原来的10-20微米提升到了0.5微米。并且可以实现同时、同样品区域、相同分辨率的红外光谱和拉曼光谱测试，非接触测量、液相样品可以直接观测，测量过程更简单、便捷”。随后，韩铁柱博士补充道：“从这套设备引进以来，我们已经为国内很多高校和研究所进行测试，今天我们正在测试一个海洋微塑料样品。我们只需要将盛放样品的载玻片放置到样品台上，关上舱门即可，所有参数调节、控制以及数据分析，都可以通过软件完成。”在测试结果中，我们可以观察到除了有几个微米的大颗粒之外，还有很多尺寸在1到2个微米或者更小的颗粒，相关颗粒的含量和成分可以通过光谱图像和谱峰获取到，如此高的分辨率是传统的红外光谱无法实现的。〖mIRage在微塑料监测中的优势及应用〗正如韩铁柱博士所介绍的，非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统是一台多功能、全方位的微塑料表征“科研利器”，它可以对液体样品中微塑料的物理（微观形貌、尺寸）和化学（聚合物类型及结构）性质进行全面的直接表征。不仅如此，该系统还在各个功能方面均有全新的技术突破，可以助力科研工作者更加地对微塑料进行监测。〖01〗超高空间分辨率成像目前科学家所使用的传统红外成像技术通常只能用于表征10-20 μm的样品，很难表征更小尺寸的微塑料，非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统则突破了这一限制，使得成像的空间分辨率可以达到0.5 μm，从而可以轻松地对小于10 μm的微塑料进行成像表征。图1. 滤纸表面尺寸小于10 μm的微塑料成像结果〖02〗红外拉曼同步测量科学家在进行物质鉴定时通常会采用多种表征技术以更加的确定物质结构。然而在进行多种表征时，很难保证完全相同的监测环境，使得不同表征结果间均会存在一定的误差。非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以实现同步同区域的红外和拉曼表征，这两种互补的光谱表征技术可以帮助科研人员更加准确地进行物质结构分析。如图2所示，通过与标准谱图对比，研究人员可以清楚地鉴别微塑料中存在的两个主要的聚合物层，聚乙烯和聚丙烯，以及嵌入的环氧树脂。图2. A：图1区域的红外谱图；B：图1区域的拉曼谱图〖03〗单波长可视化化学分布成像除此以外，非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统还可以对特定波长进行可视化的化学分布成像分析。如图3所示，科研人员对任意区域的微塑料进行点分析即可发现微塑料不同位置处的化学结构不同，进一步，通过对特征信号的单波长峰进行成像分析（图4），可以清晰地分析出微塑料中不同聚合物的分布结构情况。图3. 微塑料成像结果及对应标注位置的红外和拉曼谱图图4. 单波长化学分布成像图（波长：1642 cm-1）〖全新技术提效微塑料监测〗在此次采访中，【BTV北京科教卫视】向大家展示了非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统在微塑料成像及结构分析中的出色表现和特优势。Quantum Design中国期望这种全新的红外光谱技术可以帮助国内研究者在微塑料领域有所突破，为的科研进展贡工作献一份力量，目前公司的应用实验室正在和相关的科研工作者在样机上积开展各种样品的实测合作。

红外辐射(760nm-30μm)作为电磁波的一种，蕴含着物体丰富的信息。红外光电探测器在吸收物体的红外辐射后，通过光电转换、电信号处理等手段将携带物体辐射特征的红外信号可视化。其具有全天候观测、抗干扰能力强、穿透烟尘雾霾能力强、高分辨能力的特点，在国防、天文、民用领域扮演着重要的角色，是当今信息化时代发展的核心驱动力之一，是信息领域战略性高技术必争的制高点。众所周知，波长、强度、相位和偏振是构成光的四大基本元素。其中，光的偏振维度可以丰富目标的散射信息，如表面形貌和粗糙度等，使成像更加生动、更接近人眼接收到的图像。因此偏振成像在目标-背景对比度增强、水下成像、恶劣天气下探测、材料分类、表面重建等领域有着重要应用。在短波红外领域，InGaAs/InP材料体系由于其带隙优势，低暗电流，和室温下的高可靠性已经得到了广泛的应用。目前，一些关于短波偏振探测技术的研究已经在平面型InGaAs/InP PIN探测器上开展。然而，平面结构中所必须的扩散工艺导致的电学串扰使得器件难以向更小尺寸发展。同时，平面结构中由对准偏差导致的偏振相关的像差效应也不可避免。与平面结构相比，深台面结构在物理隔离方面具有优势，具有克服上述不足的潜力。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心E03组长期从事化合物半导体材料外延生长与器件制备的研究。E03组很早就开始了对近红外及短波红外探测器材料与器件的研究，曾研制出超低暗电流的硅基肖特基结红外探测器【Photonics Research, 8, 1662(2020)】，研究过短波红外面阵探测器小像元之间的暗电流抑制及串扰问题【Results in Optics, 5, 100181 (2021)】等。最近，E03组研究团队的张珺玚博士生在陈弘研究员，王文新研究员，邓震副研究员地指导下，针对光的偏振成像，并结合亚波长光栅制备技术，片上集成了一种台面型InGaAs/InP基PIN短波红外偏振探测器原型器件。该原型器件具有的深台面结构可以有效地防止电串扰，使其潜在地实现更小尺寸短波红外偏振探测器的制备。图1是利用湿法腐蚀和电子束曝光等微纳加工技术制备红外探测器及亚波长光栅的工艺流程。图2和图3分别是制备完成后的红外探测器光学显微镜图片和不同取向的亚波长光栅结构SEM图片。图1. 集成有亚波长Al光栅的台面型InGaAs PIN基偏振探测器的工艺流程示意图。图2. 两种台面尺寸原型器件的光学显微镜图片 (a) 403 μm×683 μm (P1), (b) 500 μm×780 μm (P0)。图3. 四种角度 (a) 0°, (b) 45°, (c) 90°, (d) 135° Al光栅形貌。图4是不同台面尺寸的P1和P0器件(无光栅)在不同条件下的J-V特性曲线和响应光谱。在1550 nm光激发，-0.1 V偏压下，P1和P0器件的外量子效率分别为 63.2% and 64.8%，比探测率D* 分别达到 6.28×1011 cm？Hz1/2/W 和6.88×1011 cm？Hz1/2/W，表明了原型器件的高性能。图4. InGaAs PIN原型探测器(无光栅)的J-V特性曲线和响应光谱。(a) 无光照下，P1和P0的暗电流密度Jd-V特性曲线；不同入射光功率下，(b) P1和(c) P0的光电流密度Jph-V特性曲线，插图是-0.1V下光电流密度与入射光功率之间的关系曲线； (d) P1和P0的响应光谱曲线。图5表明器件的偏振特性。从图5可以看出，透射率随偏振角度周期性变化，相邻方向间的相位差在π/4附近，服从马吕斯定律。此外， 0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的消光比分别为18:1、18:1、18:1和20:1，TM波透过率均超过90%，表明该偏振红外探测器件具有良好的偏振性能。图5. (a) 1550 nm下，无光栅器件和0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的电学信号随入射光极化角度的变化关系；(b) 光栅器件透射谱。综上所述，研究团队制备的台面结构InGaAs PIN探测器，其响应范围为900 nm -1700 nm，在1550 nm和-0.1 V (300K) 下的探测率为6.28×1011 cmHz1/2/W。此外，0°，45°，90°和135°光栅的器件均表现出明显的偏振特性，消光比可达18:1，TM波的透射率超过90%。上述的原型器件作为一种具有良好偏振特性的台面结构短波红外偏振探测器，有望在偏振红外探测领域具有潜在的广泛应用前景。近日，相关研究成果以题“Opto-electrical and polarization performance of mesa-structured InGaAs PIN detector integrated with subwavelength aluminum gratings”发表在Optics Letters【47，6173(2022)】上，上述研究工作得到了基金委重大、基金委青年基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项、怀柔研究部的资助。另外，感谢微加工实验室杨海方老师在电子束曝光等方面的细心指导和帮助。物理所E03组博士研究生张珺玚为第一作者。

欢迎联系我们申请免费试用！芬太尼类物质已被我国列为“整类列管”的精神药品，其毒性强、衍生物多使得很难在现场检测。以卡芬太尼为例，仅需0.02 g就足以使一名成年男性死亡，芬太尼类物质还会通过皮肤接触引起中毒，严重威胁执法人员的安全；此外，芬太尼具有众多衍生物，大部分具有很强的荧光信号，传统的现场快速检测手段难以有效识别。如何快速、准确的检测芬太尼类物质成为执法人员面临的难题之一。 图片源于网络北京鉴知技术有限公司提供了手持拉曼和便携红外两款设备用于芬太尼的现场快速检测。在保护执法人员安全的前提下，快速检测芬太尼及其众多衍生物，适用于公安、海关、应急管理等执法机构。拉曼光谱和红外光谱均为分子光谱技术，可以准确识别分子结构，此外两种设备可检测的化学物质互为补充，在现场检测中可以配合使用，有效满足执法人员的检测需求。鉴知手持式物质识别仪和毒品爆炸物检测仪解决方案【手持拉曼无接触筛查】使用RS1500检测信封中的芬太尼现在犯罪分子运输毒品的方式多种多样，邮包信件等方式层出不穷，执法人员在遇到可能含有芬太尼类物质的可疑物品时，直接打开检测有中毒风险，拆包装会损毁物品还有误拆风险。鉴知RS1500手持式物质识别仪无需打开包装便可进行检测，可穿过透明/半透明玻璃、塑料，以及信封、彩色HDPE塑料瓶等常见包装，有效降低了接触危险物质的风险，保护执法人员的安全，可满足大部分的现场需求。普通拉曼无法检测到信封中芬太尼的拉曼信号，RS1500可检测到明显信号芬太尼类物质荧光干扰强、衍生物多，传统拉曼难以检测到信号，RS1500采用1064 nm激光波长，有效避免了荧光干扰，可准确识别芬太尼类物质。RS1500配备了包含芬太尼及其众多衍生物在内的谱图库，相关检测能力获得公安部认证，并且支持用户自建库，可以检测最新的芬太尼衍生物。RS1500（蓝色）与普通拉曼（红色）检测卡芬太尼和丁酰芬太尼结果对比现场往往会发现少量的残留物，对于这些颗粒、粉末状的微小样品，难以取样，直接检测又无法确定信号是来自真实样品还是环境干扰。RS1500集成特有的微区成像功能，可将光束准确的聚焦到可疑样品进行检测，确保获得真实样品信息。RS1500准确检测胶带上残留的微量样品更多产品详情，戳此了解！【便携红外快速识别】使用IT2000NE检测粉末样品除拉曼外，鉴知还提供基于红外技术的IT2000NE毒品爆炸物检测仪用于芬太尼的现场快检。IT2000NE配置了含芬太尼类物质在内的红外光谱库，可检测物质种类总数超过10000种，固体、液体、粉末均可快速检测，1分钟以内报出结果。仪器操作简单，无需压片（上图），其搭载智能化操作软件，直接报出物质名称，非专业人员经简单培训后即可熟练使用。芬太尼类物质红外谱图示例 IT2000NE在用于现场分析的红外设备中具有领先的光谱性能，分辨率高达2 cm-1，低波数段可到500 cm-1，可检测的物质种类更多，获得的物质结构信息更丰富，检测结果更可靠，从而让执法人员更具信心！ 更多产品详情，戳此了解！ 【鉴知技术简介】北京鉴知技术有限公司，简称“鉴知技术”，是一家以光谱检测技术为核心的专业公司，产品已广泛应用于缉私缉毒、食品安全、药品检测、液体安检等诸多领域，公司致力于为客户提供更先进的产品和更快捷的物质识别方案。鉴知技术公司源自同方威视技术股份有限公司与清华大学共建的“清华大学安全检测技术研究院”，历经10余年的孵育，公司的核心关键技术达到国际领先水平，专利累计申请数达200余件。公司所拥有的技术获得了教育部科技成果鉴定证书及中国专利优秀奖，相关产品获得了朱良漪分析仪器创新奖之“创新成果奖”、北京市新技术新产品证书、国际发明展览会金奖、中国科学仪器年度优秀新品奖等。

在全球恐怖主义不断威胁下的今天，有效的易爆炸物检测已经成为众多重要区域需要进行的关键程序之一，包括机场，边境检查站，以及高安全建筑的入口等。指纹作为人类留下痕迹的一种“照片”——手指的摩擦脊皮肤的图案，自19世纪以来已经成为犯罪现场鉴定当事人身份的一种常规手段。另外，许多被人接触过的东西都会残留在指纹的自然分泌物和污染物的复杂混合物中，如每天服用的药片，咖啡，或刑侦领域常见的毒品和易爆炸物等。传统的可视化指纹检测手段，如扑粉，茚三酮熏蒸，真空金属沉积等，尽管可以重建指纹图案，但其同时可能对一些指纹脊状突起中含有的化学物质造成破坏。近年来，许多技术被用于指纹中痕量外源物质的分析鉴定，如解吸电喷雾电离质谱(DESI-MS)，液相色谱-质谱(LC-MS)，但通常需要额外的溶剂喷雾处理，且空间分辨率不足（~150 μm），或者分析过程会对指纹造成破坏。傅里叶变换红外(FTIR)光谱显微镜，可以探测样品中分子间化学键的固有分子振动，并提供丰富的化学信息, 已成为一种快速、无需标记、无损的样品表征方法，被广泛应用于包括刑侦在内的众多领域。FTIR透射模式测试通常选用红外光透明的材料，而反射模式则选用硅片，聚酯薄膜或铝覆盖的玻璃基底，但两者在指纹分析上多局限于收集在选定波数下指纹中组分物质的二维分布信息。另外对于那些沉积在既不透明也不反射红外的基底上的样品，衰减全反射法（Attenuated total reflectance，ATR）似乎成为的选择，但ATR通常不是法医鉴定的一种理想方法，因为ATR要求被分析的样品和ATR晶体紧密接触，往往会导致样品变形甚至后破坏剩余的证据。 图1. 光热红外光谱显微技术用于检测指纹中的易爆炸物基于以上考虑，新加坡国立大学同步辐射光源线站的科学家们和新加坡刑事调查局刑侦部门共同合作开发出了一种新的红外检测手段（图1），即使用基于新型光热红外（Optical- Photothermal InfraRed，O-PTIR）技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage来分析指纹中含有的痕量易爆炸物微粒，该技术带来了一系列的优势，如亚微米的红外光谱和成像分辨率，易操作的远场、非接触显微镜工作模式和明显高于FTIR光谱显微镜的灵敏度。在实验过程中，四种代表性易爆材料，包括PETN(季戊四醇四硝酸酯)、RDX（黑索今炸药）、C-4 (塑料炸药，黑索今炸药和塑化剂，粘结剂的混合物)和TNT（2,4,6-三硝基苯），可直接被分散在指纹内（“直接”指纹）或沉积在基底物质上 (间接”指纹)进行检测，无需任何复杂的样品制备过程。而传统红外样品制备时通常会使用KBr，混合后在一定压力下进行薄片的压制。从光学显微照片2a中可以看出，薄片中KBr颗粒与RDX的混合是不均匀的，肉眼无法准确识别出目标物质RDX。为了定位混在KBr颗粒之间的易爆物，作者采集了单一波长1269 cm-1下的O-PTIR图像, 对应于RDX分子的C-N拉伸振动的显著红外吸收线(红色)，清晰显示了RDX分子在混合物中的分布情况。另外，类似于FTIR光谱技术，光热红外技术可以提供样品红外吸收带相对于波数[cm-1]的谱图函数信息。如图2c所示, 作者采集了C-4, RDX，PETN和TNT四种物质的O-PTIR图像和FTIR光谱，通过对比可知所有分析的光谱都包含易爆物自身的特征红外吸收峰，可以视为他们的“签名”。值得注意的是，尽管基于O-PTIR的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage使用非接触(远场)，反射模式，其光谱质量仍然非常接近于透射测量模式下的FTIR吸收光谱，且红外吸收带强度和浓度之间遵照比尔定律成线性关系。图2. (a) Cassegrain显微物镜记录的混有RDX的KBr薄片的10倍放大光学图像，(b) O-PTIR激光反射(绿色)和在1269 cm-1波长下采集的单波数O-PTIR图像(红色)叠加后的照片, (c) 含有四种高爆炸物的参照物的FTIR（黑色）和O-PTIR（红色）谱图对比，（C-4, RDX, PETN 和 TNT）。单波数图像，又称为离散频率图像，已被广泛用于高倍率下样品感兴趣区域的定位。图3a展示了作者收集到的被PETN污染的指纹光学图像，该指纹沉积在桌面上，是通过使用粉末(Hi-Fi Silk Gray)显影， 胶带(Spex C-lifts)分离后获取到的。在该例子中，单波数的图像为1000×200点组成的矩阵(500×300 μm2),每一个单点都对应于该位置O-PTIR振幅的值(即与特定波数下（1003 cm-1和1473 cm-1，该点处材料的红外吸收和数量成正比)，换句话说，这些图像是所选波数下红外吸收强度的二维分布(吸收)图。图3. (a) 被易爆物PETN污染的指纹的光学照片，（b）指纹中五个不同位置收集的O-PTIR光谱与PETN的标准参考红外谱图的对比；(c, d)在同样的500 * 300平方英寸的面积下采集的单波数下O-PTIR图像，每像素约1毫秒，(c) 1003 cm-1和 (d) 1473 cm –1。综上所述，作者认为O-PTIR技术是一种分析具有挑战性样品的理想手段，如隐藏的指纹，提供隐藏在大量外源物质中的微小(亚微米)粒子的化学信息（如易爆物）且不需要复杂的样品制备过程。这些信息可以通过单波数红外成像和亚微米空间分辨率的红外光谱获得，后者使用目前的FTIR光谱显微镜是无法做到的（分辨率受限于红外波长，约10-20 μm）。另外，该分析手段非常简单快捷，无破坏性，且不需要基于接触的方法（例如ATR光谱技术），使得样品的完整性被完全的保持。特别指出的是，该技术的非破坏性非常重要，尤其是在法医领域，因为它可以允许同时使用其他技术对相同样本进行互补和比对分析，并作为法律证据。此外，随着技术的发展，O-PTIR现在可以与拉曼显微镜相结合，以提供真正的亚微米同步的红外拉曼测试，使得在一个仪器上通过一次测量即可进行互补和验证分析。 技术支持：Quantum Design中国结合红外光谱的应用和科技的需求，专注先进红外光谱技术的引进, 近期QD中国引进了美国PSC公司的非接触亚微米分辨红外&拉曼同步测量系统mIRage（图4）。它是全球科技创新R&D100大奖的获奖者，基于O-PTIR技术，克服了传统红外光谱仪空间分辨率受限于红外光波长的问题，将分辨率从原来的10-20微米提升到了0.5微米，并且可以实现同时、同样品区域、相同分辨率的红外光谱和拉曼光谱测试，测量过程更简单、便捷。目前该样机安装于Quantum Design中国北京实验室，更多的应用仍在不断开发和探索中，我们期待与您早日合作，共同进步！图4. Quantum Design中国北京mIRage样机实验室及仪器工程师合影 参考文献：[1] Agnieszka Banas et. al, Detection of High-Explosive Materials within Fingerprints by Means of Optical-Photothermal Infrared Spectromicroscopy. Anal. Chem. 2020, 92, 14, 9649–9657.产品信息：非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统：https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C363244.htm

德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫(HZDR)研究中心的科学家通过在 SiC 上一个微小的片状石墨烯加上天线，开发出一种新的光学探测器。据称，这种新型探测器可以迅速的反射所有不同波长的入射光，并可在室温下工作。这是单个检测器首次实现监测光谱范围从可见光到红外辐射，并一直到太赫兹辐射。　　HZDR 中心的科学家们已经开始使用新的石墨烯探测器用于激光系统的精确同步。据HZDR 物理与材料科学研究所的物理学家 Stephan Winnerl 称，相对于其他半导体，如硅或砷化镓，石墨烯可以承载具有超大范围光子能量的光，并将其转换成电信号，只需要一个宽带天线和恰当的衬底来。　　石墨烯片和天线组件吸收光线，将光子的能量转移至石墨烯的电子中。这些“热电子”能够增加探测器的电阻，产生快速电信号，在短短 40 皮秒内便可完成入射光注入。　　衬底的选择是提高捕光器的关键。过去使用的半导体衬底吸收了一些波长的光，但碳化硅可在光谱范围不主动吸收光。 此外，天线的作用就像一个漏斗，捕捉长波红外和太赫兹辐射。目前，科学家们已经能够将光谱范围增加为此前型号探测器的90倍，所能探测到的最短波长比最长的小 1000倍。而在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，红光波长仅是紫光的两倍。　　该光学探测器已被 HZDR 中心采用，用于易北河中心的两个自由电子激光器的精确同步。这种精确同步对“泵浦探针”实验尤为重要，研究员使用其中一个激光器激发材料，再使用另一个具有不同波长的激光器进行测定。在这种实验中，激光脉冲必须精确同步。因此，科学家们使用石墨烯探测器如同使用秒表。精确同步的探测器可以显示出激光脉冲何时达到目标，大带宽有助于防止探测器变为潜在错误来源。该种探测器的另一个优点是，所有的测量可以在室温下进行，避免了其他探测器所需的昂贵和费时的氮气或氦气冷却过程。

荧光成像一直是生物动态分析、活体追踪以及药物代谢动力学分析的重要工具，同时也在生物医学研究领域扮演至关重要的角色。在该技术领域，近红外光学技术因其自身独特的生物适应性以及高精准度，已经被认为是生物医学研究和活体生物成像的一种超越可见光成像的重要工具，也被广泛证实可为活体成像研究提供可行性解决方案。尽管当前的近红外一区（NIR-I）成像相比可见光波长下的成像，展示出良好的优越性。但是，最近的研究表明近红外二区（NIR-II，1000-1700nm）可以提供更高质量生物活体成像，这主要得益于 NIR-II 区域具有弱的组织自体荧光、低光子散射以及干扰，便于实现信噪比、分辨率和穿透深度等多方面的提升。因此，发展更高亮度的近红外二区成像方法以及工具可以实现更深更精准的生物成像与检测。近红外荧光成像的技术发展往往受限于探针的发展，高亮度以及具有特殊响应性能的探针材料是荧光成像技术的核心。在过去几年间，经过全球化学材料家以及药学家们的努力，近红外二区荧光探针得到了长足发展，已经发展出多种多样的分子体系，并在荧光成像与活体分析等多个方面取得了一系列重要进展。但是当前仍缺乏高效的探针，特别是高亮度和长波长的荧光材料，这严重限制了该技术的进一步发展和应用。针对上述问题，该团队开发出一系列在近红外二区具有高亮度的有机荧光探针，实现了 NIR-IIb 波长（1000-1700nm）下的全身血管、胆道系统以及脑部血管动力学高分辨成像。研究成果“Molecular Programming of NIR-IIb-Emissive Semiconducting Small Molecules for In Vivo High-Contrast Bioimaging Beyond 1500nm”，发表在 Advanced Materials 上。Advanced Materials，2021-2022年影响因子为30.849该研究首先合成了具有 A-D-A 骨架结构的近红外二区发光探针母体，并进一步采用硒和氟原子工程方法改造所得的近红外二区发光探针母体，从而增强分子内电荷转移并降低能级带隙。通过纳米制备技术，获得了高稳定的水溶性 NIR-II 纳米荧光探针材料，该荧光探针具有高效的 NIR-II 发光性能，其发光波长可延伸至 1700 nm。更进一步的活体生物成像证实了该荧光探针可高分辨的可视化全身血管以及膀胱胆道系统。此外，该探针也对脑部血管成像以及血流动力学进行了高速成像，取得了可观的脑血管造影性能。概括来说该研究为新型近红外二区有机荧光探针的设计合成以及高分辨生物成像提供了一种新的思路和有效工具。上述工作立足于近红外二区的波长问题，只是做了初步的尝试和探索，后续他们将继续挖掘近红外二区新的分子体系以及优越性，深入研究分子体系的发光波长以及量子产率的优化，以期在这两者之间寻找到平衡。荧光成像介导的手术导航方法因为其本身实时可视化和高速动态成像性能，已经被认为是一种极具潜力的可视化手术工具，有望协助临床医生进行实时病灶发现和手术扫除。“因此，我们基于前期在近红外二区分子设计方面的经验和基础上，将进一步开发近红外二区荧光成像在疾病诊疗，特别是在手术导航方面的进行深入性应用探索。”李盛亮说。除此之外，该团队也一直关注并致力于近红外二区肿瘤治疗研究，通过研究近红外成像与近红外治疗的联合体系，发展新型的高效诊疗一体化药物。特别是利用分子设计合成的基础，发展单分子具备多个光学功能的 All-in-One 体系十分值得期待。

此次，滨松光子学株式会社在日本国家研究开发法人新能源与产业技术开发组织（NEDO）主办的“实现IoT社会的创新传感技术开发”项目中，利用独自的微机电系统(MEMS)技术和光学封装技术，成功开发出世界上最小尺寸的波长扫描量子级联激光器(QCL)，其体积约为传统产品的1/150。通过将其与日本产业技术研究所开发的驱动系统结合，实现了高速操作和外围电路简化，同时作为光源安装在分析设备上，使可便携的小型分析设备的开发成为现实。在本开发项目中，我们提高了二氧化硫（SO2）和硫化氢（H2S）的探测灵敏度以及设备的维修性，目标是实现在火山口附近对火山气体成分的长期和稳定的检测。此外，它还可以应用于化工厂和下水道中有毒气体的泄漏检测和大气测量等。图1 世界上最小尺寸的波长扫描QCL，体积约为传统产品的1/150概要在火山爆发的前几个月，火山气体中的二氧化硫（SO2）或硫化氢（H2S）等浓度会开始逐渐上升，因此对该气体浓度的监测是火山爆发预测的常规方法。目前许多研究机构在火山口附近安装了电化学传感器分析设备，通过电极检测来实时分析火山气体的成分。但由于电极与火山气体的接触，容易出现寿命变短和性能降低的问题，因此除了定期更换部件等维护，监测的长期稳定性也是一个难题。这样，长寿命光源和全光学光电检测器分析设备则具有无需大量保养，还具有高灵敏度并长时稳定地进行成分分析的特点。目前因为光源的尺寸较大，尙难以将其安装在火山口附近。 在此背景下，滨松从2020年开始，参与了NEDO与产业技术综合开发机构(产综研)的“实现IoT社会的创新传感技术开发”※1项目，积极投入研究和开发具有全光学，小尺寸，高灵敏度和高可维护性特点的新一代火山气体监测系统。 滨松公司正在该项目中承担了分析设备光源的小型化任务，并成功开发出中红外光※2在7-8微米（μm，μ为百万分之一）范围内可高速改变输出功率的世界上最小尺寸波长扫描QCL（Quantum Cascade Laser）。※3（图1、图2、表）。本次新开发的产品是通过将其与产综研开发的驱动系统相结合，实现了高速操作和外围电路简化，作为光源安装在分析设备上，实现了可便携的小型化分析设备。此外，本项目的目标是进一步提高灵敏度和可维护性，实现长时间稳定地对火山口附近气体进行实时监测。同时也有望应用于化工厂和下水道的有毒气体泄漏检测和大气测量等用途。产品特点 1、开发了世界上最小的波长扫描QCL，体积约为传统产品的1/150。 公司利用独自的MEMS技术，对占据了QCL的大部分体积的MEMS衍射光栅※4进行完全的重新设计，成功开发出新的尺寸约为以前1/10的MEMS衍射光栅。此外，通过采用小型磁铁，减少了不必要的空间，并采用独特的光学封装技术，以0.1微米为单位的高精度实现部件的组装，实现了世界上最小的波长扫描QCL，其体积约为传统产品的1/150。 2、实现中红外光在波长7～8μm的范围内的周期性变化输出 滨松利用多年积累的量子结构设计技术※5通过搭载新开发的QCL元件，实现中红外光在易于吸收SO2或H2S的7-8μm的波长范围内的扫描输出。同时，我们还开发了可变波长QCL，可以从7-8μm范围内选择特定波长进行输出。 3、可高速获取中红外光的连续光谱 与产综研传感系统研究中心开发的驱动系统相结合，实现波长扫描QCL的高速波长扫描。它可以在不到20毫秒的时间内获取中红外光的连续光谱，可捕捉和分析随时间快速变化的现象。图2 波长扫描QCL的结构表 本次开发的波长扫描QCL的主要规格未来计划滨松公司将与NEDO和产综研进一步构建新型高灵敏度和高可维护性的火山气体监测系统，同时推进多点观测等实地测试。此外，公司将在2022年度内推出将该产品与驱动电路或与本司光电探测器相结合的模块化产品，以扩大中红外光的应用。 “注释” *1 实现IoT社会的创新传感技术开发 项目名称:实现IoT社会的创新传感技术开发 / 创新传感技术开发 / 波长扫描中红外激光器 研究开发新一代火山气体防灾技术 业务和项目简介：https://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100151.html *2 中红外光 是一种波长比可见光长的红外光，一般把波长在4-10μm之间的红外光称为中红外光。 *3 波长扫描QCL（Quantum Cascade Laser） 量子级联激光器(QCL)是一种通过在发光层中采用量子结构，可以在中红外到远红外的波长范围内获得高输出功率的半导体激光光源。波长扫描量子级联激光器是将从量子级联激光器发出的中红外光进行分光，反射到MEMS衍射光栅，再通过对MEMS衍射光栅进行电控，使其的倾斜面发生快速变化，从而实现中红外光的波长快速变化并输出。 *4 MEMS衍射光栅 通过电流工作的小型衍射光栅。衍射光栅是一种利用不同波长的光衍射角度的差异来区分不同波长光的光学元件。 *5 量子结构设计技术 是一种利用纳米级超薄膜半导体叠层产生的量子效应的器件设计技术。在该开发中，滨松公司在QCL的发光层采用了独有的反交叉双重高能态结构（AnticrossDAUTM ）。

近日，国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院陈效双研究员团队提出了一种通过六方氮化硼封装技术，实现从520 nm到4.6 μm工作波长的钽镍硒（Ta2NiSe5）非制冷红外光电探测器（PD）。该探测器在室温空气环境条件下具有较低的等效噪声功率（4.5 × 10−13W Hz−1/2）和较高的归一化探测率（3.5× 1010cm Hz1/2W−1），而且通过表征时间、偏置、功率和温度依赖等多方面因素，研究其不同波长辐射产生光电流的多重机制。此外，还展示了器件的偏振灵敏度和在不同的可见光、近红外、中波红外波长范围内的多功能成像应用。这些结果揭示了多功能的探测模式，为设计新型的纳米光电器件提供了一种新的思路。该成果以“H-BN-Encapsulated Uncooled Infrared Photodetectors Based on Tantalum Nickel Selenide”为题发表在期刊Advanced Functional Materials上（IF=19）。本工作也得到了国家自然科学基金委、上海市科委、中国科学院和浙江省自然科学基金委等项目的资助。本文利用干法转移堆叠，采用平面h-BN封装的金属-Ta2NiSe5-金属(源极和漏极)结构设计了Ta2NiSe5基PDs，如图1a所示。图1b的左侧面板显示了横截面透射电子显微镜图像，并证明原子堆中没有污染或无定形氧化物。图1d显示了在黑暗条件下和不同功率强度的激光照射（1550nm）下的I-V特性的比较，显示了近线性行为，表明Ta2NiSe5薄片和Cr/Au电极之间具有良好的欧姆接触。如图1e所示，对于窄带隙半导体Ta2NiSe5，光激发载流子的短瞬态寿命减少了电荷分离时间。Ta2NiSe5的高迁移率可以实现电场驱动的光生载流子的快速传输，降低复合的概率。520 nm至2 µm范围内的光响应机制被认为是光电导效应（PDE）。由于PDE，带间跃迁产生的电子-空穴对被施加的电场分离，并被图1h左侧面板中的电极收集。在可见光和近红外光谱中吸收光子，只要它们具有超过带隙的能量，就会触发电子-空穴（e-h）对的产生，从而调节材料的电导率。随后，这些产生的e-h对在外部电场的诱导下分离，产生光电流。基于Ta2NiSe5的PD在1550 nm处0 V和±1 V的扫描光电流映射（图1h）很好地验证了上述光电流起源的推测。图1. Ta2NiSe5基PD在大气环境中不同激光波长和功率下的光电特性。（a）基于Ta2NiSe5的PD的示意图。（b）Ta2NiSe5基PD的横截面TEM图像和相应的元素映射。（c）剥离的Ta2NiSe5纳米片的SEM图像和EDS元素图谱。（d）在1550 nm激光照射下，不同功率下的Iph-Vds曲线。（e）基于Ta2NiSe5的PD的单个响应过程，Vds为1V。（f）从具有绝对值的I-t曲线中提取的Vds和Plight相关光电流。（g）在1V偏压下基于Ta2NiSe5的PD下的光电流的线性功率和亚线性功率依赖性。（h）1550 nm激光照射下典型Ta2NiSe5基PD的扫描光电流图，以及−1、0和1 V偏压照射下从Ta2NiSe5到电极的光生载流子传输过程的说明。泡利阻塞抑制了在4.6 μm（0.27 eV）处产生电子-空穴对的直接光学跃迁。热效应机制被认为是控制MWIR区域光探测过程的潜在物理机制，如光热电效应和辐射热效应。对于辐射热效应的贡献，不需要外部偏置来产生光电流，如图2a所示，而不是依赖于自供电的工作模式。辐射热效应是指沟道材料由于吸收均匀的红外辐射而引起温度升高，从而导致电导率或光吸收等电学或光学性质变化。值得注意的是，辐射热效应需要外加电场。为了确定控制MWIR探测过程的主要机制，光响应被记录为功率和Vds的关系。光电流呈现负极性、零极性和正极性三个特征区域，分别对应图2a中的区域I、II和III。通过测量Ta2NiSe5基PDs电阻的温度依赖性（4-400 K），器件电阻的温度依赖性表现出典型的半导体热激发输运性质，表明热效应可以有效地增强器件电导（图2b）。电阻的温度系数（TCR）是辐射热效应的一个关键指标，在Vds=1 V时，Ta2NiSe5基PDs的TCR为-1.9% K-1。与快速的可见光-近红外光响应相反，在关闭光后漏极电流缓慢恢复，响应时间≈24 ms（图2c）。辐射热效应可以解释明显的光响应与缓慢的下降和上升时间，而不是光电导效应。该值是典型的辐射热特性（1-100 ms），因为吸收MWIR光子后热电子的能量转移到晶格，进一步改变沟道电导。此外，在传热和耗散过程中，h-BN利用极高的导热系数有效地消散探测器产生的热量。光电流的产生分为两种状态。首先，沟道材料在吸收MWIR光子后改变自身电导率，其次，通过驱动外电场产生光电流（图2d）。与PTE中取决于塞贝克系数的光电流符号不同，辐射热光电流的符号取决于外部电场。为了直观地揭示Ta2NiSe5基PDs的光响应机制，本文利用扫描光电流成像技术对光电流分布进行成像（图2e）。在0 V偏置照射下，几乎没有观察到光电流，而在±1 V的外偏置照射下，整个沟道的光电流相当均匀。诱导的电导变化可能是入射光下温度升高期间产生电流的载流子数量变化的结果。Ta2NiSe5基PDs具有独特的性能，它们可以在室温下工作而不会性能下降，这使得它们有希望用于辐射热探测应用。此外，该器件无需p-n结即可工作，简化了制造过程。图2. 基于Ta2NiSe5的PD在4.6 µm光照下的光响应。（a）从I-t曲线中提取的Vds和Plight相关光电流。（b）Ta2NiSe5纳米片电阻的温度依赖性。（c）Vds为1V的基于Ta2NiSe5的PD的单个响应过程。（d）基于Ta2NiSe5的器件在4.6 µm激光照射下的晶格加热的典型示意图。（e）4.6 µm激光照射下典型Ta2NiSe5基PD的扫描光电流图，以及−1、0和1 V偏压照射下测辐射热机制器件的能带对准。接下来，520 nm-4.6 µm波长范围内的光的光谱响应度如图3a（左纵轴）所示，在4.6 µm处峰值为0.86 A W−1。在图3a（右纵轴）中，在不同激发波长上进行的EQE测量表明，随着波长的增加，EQE逐渐下降。由入射光子和晶格振动之间的相互作用产生的有限的能量转换效率，以及两端电极的有限收集，通过阻碍入射光子到光生载流子的有效转换，降低了材料的量子效率。重要的是，从可见光到MWIR光谱范围（520 nm-4.6 µm）实现了0.23至82.22的EQE值。与许多传统报道的基于低维材料的PD相比，基于Ta2NiSe5的PD的EQE显著更高，如图3b所示。从1 Hz到10 kHz测量的电流噪声功率谱如图3c所示，然后将NEP计算为NEP=in/RI（图3d），其中在520 nm处获得的最小NEP≈0.45 pW Hz−1/2，在4.6 µm处获得的最低NEP≈18 pW Hz−1/2。基于Ta2NiSe5的PD的较低NEP证明了它们区分信号和噪声的优异能力。图3e显示了与传统大块材料和基于2D材料的PD相比，基于Ta2NiSe5的PD在不同偏压下的波长依赖性特异性检测。对于光电导和测辐射热计响应，D*显示出3.5×1010至8.75×108cm Hz1/2W−1的轻微波动。我们的PD的D*与最先进的商业PD相当，并且高于基于可见光到中红外区域的2D材料的PD。图3. 基于Ta2NiSe5的PD的可见光至MWIR区域的宽带光响应。（a）Vds＝1时RI（蓝色实心正方形）和EQE（红色实心圆）的波长依赖性。（b）基于Ta2NiSe5的PD与2D和块体材料PD的EQE的比较。（c）从1 Hz到10 kHz测量的电流噪声功率谱。（d）基于Ta2NiSe5的PD与以前的PD的NEP性能比较，插图显示了NEP的波长依赖性。（e）不同波长下的比探测率（D*）与基于2D材料的最先进的其他PD以及商用红外PD的比较。为了确定基于Ta2NiSe5的PD的偏振依赖性，我们进行了如图4a所示的实验。垂直入射光使用格兰泰勒棱镜进行偏振，通过旋转半波片同时保持恒定的激光功率来改变样品的激光偏振方向和b轴之间的关系。对最具代表性的638 nm激光偏振特性进行研究，图4b，c显示，随着极化角的变化，光电流表现出显著的周期性变化，最大值和最小值分别沿Ta2NiSe5纳米片的b轴和a轴方向获得。值得注意的是，图4c中的偏振依赖性光响应图显示了由于Ta2NiSe5晶体的[TaSe6]2链的潜在1D排列而导致的两片叶子的形状。最终结果显示，各向异性比（Iph-max/Iph-min）达到约1.47，表明基于Ta2NiSe5的PD的整体性能优于大多数其他报道的PD，如图4f所示，并为设计未来的多功能、空气稳定的光电子器件提供了广阔的前景。图4. 基于Ta2NiSe5的PD的偏振敏感光电检测。（a）利用Ta2NiSe5材料的基于纳米片的偏振敏感光电探测器的示意图。（b）在638 nm激光源下记录的光偏振方向为0°至360°的时间分辨光响应。（c）在638 nm偏振激光下，Vds为−1至0V的光电流中各向异性响应的各向异性响应图。（d）通过在638 nm激光下扫描Ta2NiSe5基PD获得的光电流图，偏振角从0°到180°不等。（e）创建极坐标图以显示在638 nm线性偏振激光照射下在40、36和17 nm厚度下产生的角度分辨光电流。（f）与其他常用的2D和1D材料相比，光电流各向异性比和光响应范围。为了充分探索基于Ta2NiSe5单元的PD在多应用成像中的潜力，如图5a所示构建了一个成像系统。采用逐点或逐像素覆盖整个物体区域，用聚焦的可检测光束照射物体，PD检测到的光电流信号由锁定放大器、前置放大器和计算机收集，计算机记录位置坐标生成高质量图像。为了测试基于Ta2NiSe5的PD的成像能力，将具有“HIAS”图案（15 cm×5 cm）的中空金属板放置在520 nm激光器前面，并以优于0.5 mm的高分辨率成功捕获了所产生的成像，如图5b所示。通过控制外部偏置，可以改变PD在638 nm照明下的响应，并成功实现物体成像清晰度，如图5c所示。在NIR范围内，在基于Ta2NiSe5的PD中获得了覆盖载玻片的钥匙锯齿状边缘的高对比度图像（图5d）。此外，基于Ta2NiSe5的设备在近红外和MWIR区域都表现出高度稳定的响应，确保了高对比度成像以智能识别宏观物体。为了证明这一特性，在1550 nm和3.2 μm处实现了复合物体（硅片和长尾夹）的双通道成像。如图5e所示，近红外光只能检测到一半的长尾夹，而MWIR辐射可以显示整个长尾夹。结果证明了基于Ta2NiSe5的PD在军事和民用应用中检测隐藏物体的潜力。图5. Ta2NiSe5基PD的光电成像应用。（a）使用PD作为成像像素的成像系统的示意图。（b）520 nm处的“HIAS”物体（上图）和相应的高分辨率成像图（下图）。（c）在638 nm处，Vds为0.05、0.1、0.5和1 V的“H”对象。（d）1550 nm覆盖载玻片的钥匙成像。（e）在1550 nm和3.2 µm处被硅片部分隐藏的长尾夹的成像。本文揭示了h-BN封装的Ta2NiSe5基PD在环境条件下在520 nm至4.6 µm的宽光谱范围内工作的特殊光电特性，受光电导和测辐射热效应的控制。光电探测器同时表现出宽带和快速的光电探测能力，具有显著的响应性，超过了现有商业室温探测器的性能。基于Ta2NiSe5的PD的室温响应度达到了34.44 AW−1（520 nm）、32.14 AW−1（638 nm）、29.81 AW−1（830 nm）、20.92 AW−1（1550 nm），16.58 AW−1（2 µm）和0.86 AW−1（4.6 µm）。基于Ta2NiSe5的PD的独特光学特性使其适合于各种应用，包括传感、成像和通信，并且它们与其它2D材料的集成可以进一步增强它们的性能和功能。因此，这项工作的研究为利用2D材料设计稳定的光电探测器铺平了道路，为推进下一代红外光电子研究的发展做出了贡献。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305380

激光波形探测器/激光波形探测仪型号：BGS-141 BGS-141 型激光波形探测器是针对脉冲激光波形测试而设计的。使用该探测器接收激光,结合速示波器可以准确测量激光脉冲的波形、脉冲宽度。再配合激光能量计测量激光的输出能量可以获得峰值率等参数。探测器选用了速的PIN光电管,具有很好的稳定性。仪器作采用9V电池供电,使仪器轻巧便携。光谱范围有400 ~ 1100nm 或者800 ~ 1600 nm 两种, 用户根据被测激光波长选择其中种响应时间1ns响应度0.8mA/mW (1.3mm处)电源DC 9V 积层电池作环境0 ~ 40 ℃, 相对湿度≤ 80 %

玻璃中的羟基会严重影响玻璃的性能，即使羟基重量含量低于1%,它也会明显地影响玻璃的粘度、密度、折射率和热膨胀系数。同时,由于玻璃中羟基的存在,它将对某种波长的红外光波形成强烈的吸收,这对于光纤通讯中光学材料的选择是一个十分重要的问题。在电光源行业中,玻璃中羟基含量的高低是直接影响气体放电灯的质量。因此,需要严格监控玻璃中的羟基含量。此外，为了研究羟基含量与玻璃性能之间的关系，以便为设计与制造具有一定特性的玻璃提供必要的数据,这也需要定量地测定玻璃中羟基的含量。你知道吗？利用红外光谱仪可以快速、准确地检测石英玻璃中的羟基含量！这是怎么做到的呢？让我们一起来揭开这个谜底。红外光谱仪是一种神奇的科学仪器，它能够通过测量样品对红外光的吸收情况，分析出样品的化学成分和结构信息。测定玻璃中羟基含量的方法有两类:一、水的热除气法 二、光谱法。比较这两类方法,光谱法更具有其优越性,该法在测试过程中,玻璃内所有羟基都将被探测,但该法需要已知羟基含量的校准标准。对于石英玻璃来说，其中的羟基会在特定的红外波长范围内产生吸收峰。通过检测这些吸收峰的强度和位置，我们就能分析出石英玻璃中羟基的含量。在水晶或者石英玻璃行业做相关分析的老师如何需要了解具体方案可以联系能谱科技，我们将给您一套完整的解决方案！

鉴知科普 光谱仪波长标定测量方法波长精度和重复性是光谱仪重要的质量指标之一，两者对仪器的正确使用乃至实验结果有着很大影响；另外，由于温湿度、气压、磕碰等外界因素及仪器本身随着使用年限的增加，光纤发射角、光栅的衍射能力和检测器的探测效率等内部因素的变化，会对光谱仪传感器的响应产生影响，因此，光谱仪需要定期定标才能获得更准确的数据。定义：光谱定标就是明确成像光谱仪每个通道的光谱响应函数，即明确探测仪每个像元对不一样波长光的响应，从而获得通道的中心波长及其通光谱带的宽度。在实际微型光纤光谱仪中，光波波长是由CMOS像素所反映的，因此在实际测量中由于环境和时间的影响会引起光波波长与像素之间的变化，光谱仪中各CMOS像素所对应的实际光波波长必须准确确定，否则测量的准确度就会降低。如下图1所示，大家普遍使用的交叉式光纤光谱仪采用CMOS芯片收集光谱数据，为了得到准确的测量结果，光谱仪在使用前必须进行严格的标定，确定CMOS像素和光波波长的对应关系。图1 普遍使用的交叉式结构的光纤光谱仪常用的光纤光谱仪波长标定是采用特征光谱在CMOS对应的像素点上找到相应的位置，对于SR50C来说，探测用2048单元的线阵CMOS，测量光谱为200~1000nm，每个CMOS对应约0.4nm，光栅方程可以写成 其中，m为衍射级次，d为光栅常量，i为入射角（可以认为是定值），θ为衍射角，在小角度下可以认为（sinθ~θ~x），可知波长与衍射级次近似成线性关系，综合考虑大衍射角度等各种问题，我们可以采用最小二乘法三阶多项式进行拟合，从而得到最小的偏差平方和。式中a0，a1，a2，a3为拟合系数，x1，x2，…，x6为实测像素数，y1，y2，…，y6 为拟合后的波长。利用Matlab软件进行编程求解得到y=a0+a1x1+a2x2+a3x3中的拟合系数。采用汞-氩校准光源进行标定。以鉴知技术研发的微型光纤光谱仪SR50C为例，该光谱仪的汞氩灯光谱如图2所示图2 SR50C的汞氩灯光谱根据光纤光谱仪SR50C的波长标定结果来看，可以看出该产品的光谱范围广，支持200-1000nm范围内的光谱定制，可以实现紫外、可见光、近红外波段的高分辨率光谱检测。

近年来，高效率近红外发光材料因其在生物成像、医疗、光通信和夜视器件等方面的重要应用而备受关注。除了无机近红外量子点和卤化物钙钛矿等材料外，各种有机近红外材料包括传统的荧光小分子材料、共轭聚合物、稳定的发光自由基、热激活延迟荧光(TADF)材料和金属有机配合物磷光材料等因其具有化学结构可调、稳定性好、便于制备近红外有机电致发光器件(NIR-OLED)的优势而得到迅速的发展。在这些有机近红外材料中，后三种材料在OLED中对单线态和三线态激子的利用率能够达到100%，从而提高了器件的效率。尽管如此，受制于能隙法则 (energy gap law)，即随着激发态和基态之间的能隙差减小，非辐射跃迁速率常数呈指数增加，导致开发高效率的有机近红外发光材料( 700 nm)一直是一个巨大的挑战，从而严重限制了相关器件电致发光效率的提升。目前，扩展π-共轭和增强发光分子的电荷转移(CT)是红移材料发光波长的两种常见方法，通常需要将两种方法相结合才能获得近红外区的发光。因此，以前报道的近红外发光材料由于具有很强的CT性质，发光光谱半峰宽(FWHM)通常高达70-150 nm。当最大发光波长小于770 nm时会有部分光谱覆盖可见光区域，严重降低近红外光的纯度，这种情况不利于高性能纯近红外发光或夜视器件的制备。如若为了提高近红外光纯度，将材料的最大发光波长红移至超过770 nm，则发光效率将进一步显著降低。因此，到目前为止，尽管已有极少量性能较好的NIR-OLED获得超过15%的外量子效率，但表现出纯近红外发光的OLED电致发光效率通常低于5%。近日，西安交通大学化学学院杨晓龙、孙源慧、周桂江等人与五邑大学陈钊合作报道了电致发光效率达到16.43%的纯近红外发光NIR-OLED。作者通过优化Ir(III)配合物的分子结构设计降低金属中心到配体电荷转移跃迁，提高三线态激发态中的基于配体的ππ跃迁成分，成功地将发光光谱半峰宽降低至43 nm，因此获得了最大发射峰位于730 nm附近的纯近红外发光材料 (图1)。图1. 近红外Ir(III)配合物的分子设计策略和发光性质。与其他纯近红外材料相比，由于具有相对较短的发射波长，因此可以缓解能隙法则的不利影响。此外，理论计算表明论文报道的配合物激发态形变非常小，因而最终获得了优异的近红外发光效率。作者采用溶液法制备了具有传统结构的电致发光器件(图2)，选取的功能层材料具有合适的能级，能够有效地促进从主体到客体之间的能量传递，并将激子限制在发光层内，因此，器件的电致发光光谱与其对应的光致发光光谱近乎一致。基于BIqThIr和BIqThIrO的器件电致发光波长分别为737 nm和733 nm，半峰宽仅有47 nm和44 nm，这使整个光谱中近红外成分超过98%，实现了纯近红外发光。图2. (a) 器件结构。(b) 电致发光光谱。(c) 电流密度(J)-电压(V)-辐射度(R)曲线。(d) 电致发光效率与电流密度的特性关系。由于具有优异的近红外发光性能，溶液法制备的NIR OLED最高电致发光效率分别高达15.00%和16.43%，显著超过了已报道的基于近红外Ir(III)配合物的器件最高电致发光效率，也显著超过了采用溶液旋涂法制备的基于不同有机近红外发光材料的器件最高电致发光效率 (图3)。图3. (a) 基于Ir(III)配合物的溶液旋涂法和真空沉积法NIR-OLED发光峰在700-900 nm范围内的最大电致发光效率。(b) 基于不同有机发光材料溶液旋涂法NIR-OLED发光峰值在700-900 nm范围内的最大电致发光效率。综上所述，作者提出了一种开发高效率纯近红外发光材料的新策略。通过合理地设计分子结构来调控三线态性质，减少能隙定律的不利影响，为如何改善近红外材料发光性能提供了新的思路。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，该论文第一作者为西安交通大学化学学院杨晓龙副教授，通讯作者为西安交通大学化学学院孙源慧副教授、周桂江教授与五邑大学陈钊博士。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）： Narrowband Pure Near-Infrared (NIR) Ir(III) Complexes for Solution-Processed Organic Light-Emitting Diode (OLED) with External Quantum Efficiency Over 16 %Xiaolong Yang, Shipan Xu, Yan Zhang, Chengyun Zhu, Linsong Cui, Guijiang Zhou, Zhao Chen, Yuanhui SunAngew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202309739

老年神经退行性疾病，如阿尔茨海默症(AD)、肌萎缩性侧索硬化症、Ⅱ型糖尿病等，目前困扰着全大约5亿人，且这个数字仍在不断迅速增长。尤其是阿尔兹海默症（占70%以上），目前仍未有行之有效的诊断方法，因此无法得到有效的治疗或预防。尽管当代病理学研究已经证实这种病理变化与具有神经毒性的β淀粉样蛋白质的聚集有关，但其在神经元或脑组织中的聚集机制目前尚不清楚。现有的方法, 如电子显微镜、免疫电子显微镜、共聚焦荧光显微镜、超分辨显微镜，通常都需要对样品进行化学加工（标记染色等）,可能会对淀粉样蛋白结构本身造成影响。而非标记方法，如表面增强拉曼光谱（SERS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）, 前者受限于亚细胞水平上的低信噪比、自发荧光及不可逆的光损伤，后者其空间分辨率受限于红外光波长（?5–10 μm），且光谱可解译性和准确性受到弹性细胞光散射所产生的米氏散射效应(Mie scattering effects)的严重影响，使得直接在亚微米尺度上研究淀粉样蛋白质在神经元内的聚集行为十分困难。美国Photothermal Spectroscopy（PSC）公司开发的全新非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage， 是基于的光学光热诱导共振（O-PTIR）技术，它克服了传统FTIR技术的衍射限和米氏散射效应，红外光谱空间分辨率高达500 nm，且无需对样品进行标记, 不再需要衰减全反射（ATR）技术进行厚样品测试，且能够无接触和无损探测样品，全程对样品无污染，可以帮助科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息，使得在亚细胞水平揭示生物分子结构成为了可能。美国Photothermal Spectroscopy（PSC）公司开发的全新非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage（如图1A所示），使用可见探测束（532 nm）来测量样品在脉冲红外光束照射下的红外光热响应，具体体现为样品反射率的变化，由于使用了可见光作为检测光，使得其空间分辨率不再依赖于入射红外光的波长，且单一特定探测光束的使用还可以消除米氏散射效应。 图1. (A) 美国PSC公司非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage实物图；（B）亚微米红外成像示意图：神经元树突的AFM形貌图,其中神经元直接在CaF2基底下生长。mIRage采用两束共线性光束: 532 nm可见(绿色)提取光束和脉冲红外(红色)探测光束，样品的光热响应被检测为样品由于对脉冲红外光束的吸收而引发的绿色光部分强度的损失，使红外检测的空间分辨率提高到?500 nm. (C) 小鼠大脑皮层初神经元, 在CamKII促进下表达为tdTomato荧光蛋白，使得神经元结构填满红色，图片标尺为20 μm。(D) 图C区域放大图片，箭头指示树突上的神经元刺。因为上述的巨大技术优势和突破，非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage在生物学领域技术有广泛的应用前景和潜力，可应用于诸如细胞学研究（蛋白质、磷脂结构分析，红细胞、巨噬细胞成像等），临床致病菌/病原微生物鉴定，癌症诊断（细胞/组织），牙科/骨病变/眼科检测，生物大分子损伤，生物组织识别，以及生物药物检测，法医学等。近日，瑞典隆德大学的Klementieva教授团队与美国PSC公司的Mustafa Kansiz博士合作，使用全新非接触式亚微米分辨红外测量系统在亚微米尺度上研究了淀粉样蛋白沿着神经突直到树突棘的聚集行为（图1B和C），这是以往的实验技术手段所不可能实现的。在该研究中，他们使用了大脑皮层初神经元，这是因为它们易发生AD病变，且具有特的结构。初神经元的这种形态特征使得可以在单个神经元层面上来测试全新非接触式亚微米分辨红外测量系统的分辨率和准确性。先，他们在反射模式下获得了高质量的红外光谱，且不受米氏散射或基线失真等人为因素的干扰(图2A,B)。值得注意的是，全新非接触式亚微米分辨红外测量系统其约为400 nm的横向分辨率，使得他们能够通过比较1740 cm-1处的峰强度来检测脂质含量的差异，以及通过对比酰胺II (1540 cm?1)与酰胺I特征峰强度(1654 cm?1)的比值来比较氨基酸(蛋白质)的种类和数量上的差异(图2C,D)。这是科学家们次获取单个树突棘的高分辨率的化学图像和红外光谱，以往其它测试方法是无法做到的。图2. 使用非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage观察初神经元结构。 (A) 在1650 cm-1处获得的神经元的红外图像，显示了蛋白质的分布 (B)中对应原始红外光谱的位置用数字和圆点表示，图片标尺为20 μm；（C）在1650 cm-1处获得的树突的红外图像，数字表示D图中获得光谱的位置，图片中标尺为20 μm；（D）在C图中两点处取的归一化红外光谱,体现了该方法的亚微米空间分辨率。红色箭头表示蛋白质结构的化学变化。为了在亚细胞层面上定位神经元中β片层结构，作者对APP-KO神经元进行了为时半小时的合成Aβ(1-42)处理（2×10?6 M），并使用非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage进行了化学结构的成像分析（图3A）。对Aβ处理后的APP-KO神经元的红外光谱进行分析证实，β片层结构可以在亚细胞水平上进行分辨。有趣的是,纯Aβ(1-42)纤维在1625 cm-1位置处有特征的红外峰，当加入到神经元结构中后，β片层结构的特征峰移动到1630 cm-1处，表明淀粉样原纤维结构发生了变化，可能是由于其与细胞蛋白和/或细胞膜发生相互作用导致的（图3B, C）。基于该发现，我们可以得出，在神经元中的淀粉样蛋白的构型变化可能会引发阿尔茨海默症进程中的不同机制。为进一步了解其形成机制，更多的方法学研究变得更加必要，如将非接触式亚微米分辨红外与免疫荧光显微镜结合起来，这种多模态成像模式可以在不同的细胞层面上更详细分析特征蛋白的结构变化，如前突触或后突触，囊泡(溶酶体或内溶酶体)或其他细胞器。图3. 使用非接触式亚微米分辨红外测量系统Mirage观察β片结构在处理后的初神经元中的聚集行为。（A，B）APP-KO初神经元在1650和1630 cm-1处的明场和光热红外成像，彩色标度表示光热振幅的强度，从小值(蓝色)到大值(红色)，阈值为50%(以0为中心)，插图为放大或叠加后的红外成像图，图片标尺为20 μm；（C）神经元中淀粉样蛋白结构在2×10?6 M Aβ(1-42) (红色)处理或不处理(绿色)后分别对应的红外光谱。β片结构对应的特征红外峰用红色箭头表示，光谱数据点间距为2 cm?1，数据进行50次均一化处理。综上所述，借助全新非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage，科学家成功次揭示了初神经元的分子结构，无需标记，且因为该技术是在非接触模式下工作，不会对神经元造成损伤，这在研究脆弱或粘性的物质时显得尤为重要。另外，该技术还能获得亚微米尺度的红外光谱，且不含由于背景失真或米氏散射造成的散射伪影。新的技术进步表明，全新的非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage现在可以用来做活细胞成像,并保持相同的亚微米空间分辨率。在这种情况下，全新的非接触式亚微米分辨红外测量系统有望在β片层结构在活神经元的突触附近的化学成像中发挥关键作用，并提供一个新的机会来研究神经毒性淀粉样蛋白如何从一个患病的神经元传播到一个健康的神经元，揭示阿尔茨海默症的形成和发展机制。该工作发表在2020年的Advanced Sciences上（DOI: 10.1002/advs.201903004）。

中红外（2.5-25 μm）波段能够覆盖复杂分子的振动和转动能级跃迁，揭示多种分子的基础吸收带和复杂化合物独特的光谱特征。因此，高效分析工具——超灵敏中红外光谱探测，成为智能生化传感、新兴材料研究、环境气体监测、高精度医学层析成像等领域的重要测量手段。近年来，随着非线性频率上转换技术的进步，基于频率上转换的中红外光谱探测技术表现出显著的科研潜力。该技术利用强泵浦光场作用于非线性光学材料，将中红外光子耦合转换至近红外或可见光波段进行探测，从而规避了现有中红外探测器噪声大的不足，成为了一种有效的中红外直接光谱探测的替代方案，有望在中红外光谱探测灵敏度、探测效率、响应速度、成本效益等方面取得重要突破。现有对中红外光谱探测系统的研究成果表明，进一步扩大中红外频率上转换技术的超灵敏、宽频段的优势，可使其更广泛适用医学、生物、国防等领域的应用。然而，基于多种非线性光学材料的宽带中红外频率上转换系统往往需要强泵浦场来提升宽带转换效率，且系统在短波泵浦模式下工作，强泵浦场导致的非线性参量噪声将覆盖中红外波段，使得实现超灵敏的宽带中红外光谱探测极具挑战。为解决上述问题，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室武愕、陈昱、蔡羽洁等研究团队基于非简并光子对的时间-光谱量子关联技术，提出了一种低功耗、强鲁棒性的高灵敏中红外单光子光谱探测方案，实验验证了单光子水平光子通量下的中红外样品光谱测量。相关研究成果发表于Photonics Research 2022年第11期。该文章报道了一种极低光子通量条件下的中红外上转换光谱测量方案。该方案利用结合同步频率上转换技术的非简并关联光子、对时间-光谱量子关联特性实现了单光子水平的中红外上转换光谱探测，降低了强泵浦非线性噪声和环境噪声对中红外光谱测量的影响，大幅度提高单光子水平下的中红外光谱测量灵敏度和鲁棒性。图（a）展示了基于时间-光谱量子关联的宽带中红外单光子上转换光谱探测系统光路图。利用啁啾极化铌酸锂晶体中的非线性过程，自发参量下转换产生非简并宽频带的关联光子对，光子对产生率6.76×106 counts s-1 mW-1。其中，中红外信号光子覆盖3.14-3.80 μm中红外波段，提供了大于660 nm的光谱探测波长窗口。图（a）单光子频率上转换量子光谱系统图；（b）38 μm厚聚苯乙烯薄膜透射光谱实验基于同步脉冲泵浦技术实现了中红外信号光子的非线性频率上转换，验证了中红外上转换光子（0.78-0.81 μm）与共轭的近红外预报光子之间的非经典相关性得以保留，展示了基于时间-光谱量子关联的中红外单光子上转换光谱测量的可行性。利用该系统对38 μm厚的聚苯乙烯样品进行透射光谱的测量，如图（b）所示。入射样品的中红外光子通量低至每脉冲0.09光子。实验表明，中红外单光子上转换光谱与傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的测量结果吻合，系统的光谱分辨率约为11.4 nm（10.5 cm−1）。相比于传统FTIR光谱探测方案，基于时间-光谱量子关联技术的宽带中红外单光子上转换光谱系统，既能够利用光子对的时间关联、频率关联量子特性降低频率上转换过程中多种噪声的影响，将中红外光谱测量灵敏度推进至单光子水平；又能使单光子探测器和单色仪等元件工作在其最优的工作波段，无需受待测样品特征波长的限制，拓展了系统的应用场景。系统高灵敏、低噪声、强鲁棒性、结构简单的优势，为光敏生化样品的中红外光谱测量提供了新的技术方案。后续将进一步开展更宽中红外带宽、更高灵敏度、更高信噪比的上转换光谱成像研究。

能见度检测设备-一款交通大气中皆可使用的能见度传感器#2022已更新【品牌型号：天合环境TH-N50】短时强降雨会造成多种安全隐患，特别是会大大降低能见度，造成交通问题。强降雨前会使得路面湿润，导致汽车的轮胎与地面的摩擦减小，尤其是冰雪天，加剧交通隐患。【设备名称】：大气能见度测量仪【能见度定义】：大气能见度定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大地面水平距离。【功能介绍】：大气能见度测量仪发射端通过红外led光源发射红外光，红外光源透过一定体积的空气，由空气中的气体分子，气溶胶粒子、雾滴等引起红外光源散射，能见度测量仪接收端通过接收红外光源散射光的强度来确定能见距离，同时仪器可对能见度连续测量输出。【检测原理】：35°前向散射原理，测量更准确。【整体外观】：整体环抱式一体化设计使内部电缆的布局更趋合理。【测量元件】：光学部件镜头，红外led光源。【硬件防护设计】：①、采用了光学部件镜头朝下并带有防护罩，有效防止降水、飞沫或尘埃进入镜头，减少探头表面的污染，这种设计提供了精确的测量结果并减少了维护的需要。②、探头的防护罩为铝合金材料，表面涂有防腐蚀的玻璃纤维涂层。③、能见度仪的过电压和电磁保护装置能保证传感器的长时间安全运行。④、红外LED光源，增加滤光设计、抗光源干扰。⑤、低功耗，内部电路抗干扰设计。⑥、仪器的直流供电电路具有防反接和自恢复保险双重设计。【设备清单】：大气能见度测量仪1台+2个抱箍。【安装注意事项】：①、将能见度传感器安装到距离地面大约2米的地方。②、保证能见度下方不要有别的物体，干扰测试。③、理想安装场地应距大型建筑物或其它会产生热量及妨碍降雨的设施至少100米，而且也要避免树荫的影响。④、场地应无干扰光学测量的障碍物、反射面和明显的污染源。⑤、选择合适地点安装设备，设备提供安装抱箍，利用抱箍将设备安装到75mm立杆上，为避免光源干扰，发射端务必在南侧。【供电方式】：10-30vdc宽压供电。【测量范围】：默认0-500000m。【测量误差】：≤1KM±2%；±10%1KM。【分辨率】：1m【更新间隔】：20s【平均无.故障时间】：（MTBF）大于18000小时【工作环境温度】：-40~60℃【工作相对湿度】：不大于95%（30℃）【重量】：小于10kg【功耗】：0.5w【红外光波长】：870nm【信号输出方式】：RS485，标准modbus-rtu协议【可测能见度数据种类】：①、实时能见度数值②、能见度10min平均值③、能见度1min平均值【光学镜头洁净等级】：可实时读取红外光发射端、接收端的镜头洁净度，清洁度等级1-5，5代表清洁度最高，当清洁度小于3时需要现场清理光学镜头。【能见度常识】：1.能见度20-30公里能见度极.好视野清晰2.能见度15-25公里能见度好视野较清晰3.能见度10-20公里能见度一般4.能见度5-15公里能见度较差视野不清晰5.能见度1-10公里轻雾能见度差视野不清晰6.能见度0.3-1公里大雾能见度很差7.能见度小于0.3公里重雾能见度极差8.能见度小于0.1公里浓雾能见度极差

【报告简介】傅里叶红外光谱（FTIR）是学术界以及工业界表征鉴别材料的常用手段。常规FTIR显微镜通常使用相对较弱、光谱范围较广的红外光源，但其分辨率受限于光波长最小约为波长的一半，这严重限制了光学技术尤其是长波段的中远红外和太赫兹技术在微观领域的研究。相比之下，纳米傅里叶红外光谱仪-Nano-FTIR、超高分辨散射式近场光学显微镜-neaSNOM和 AFM-IR显微镜具有更强的激光源，可实现材料在纳米尺度下的组分分辨。然而，为实现较强的激光功率，其代价往往缩小了光谱覆盖的范围。在本次网络研讨会中，我们将介绍一种全新的全波段可调谐激光光源（ 550-7000 cm-1），它与 neaspec 显微镜结合可提供前所未有的光谱覆盖范围，并实现纳米红外显微镜的10 nm级成像和光谱测量。这种独特技术的特点：• 超宽的可调谐波长范围550-7000 cm-1，同时具有与 QCL 相当的调谐速度；• 线宽 4 cm -1，实现快速的纳米级化学组分成像；• 与散射式近场光学（s-SNOM）和 AFM-IR / PTE+等测量模式兼容。在网络研讨会的问答时段，您可以直接与neaspec专家探讨科研工作中所面临的技术挑战和各种问题。欢迎您届时参加！【主讲人】主持人：Sergiu Amarie, neaspec高级应用工程师演讲嘉宾：Magnus Johnson, KTH Stockholm必看案例案例1：纳米傅里叶红外光谱仪（Nano-FTIR）对单层二维高分子聚合物的研究二维高分子聚合物作为一种新型有机二维材料，近年来在薄膜和电子设备的应用上受到广泛关注。相较于石墨烯由石墨自上而下的剥离合成路径，二维聚合物的合成路径可以采取自下而上的单体聚合反应，也因此具备更大的灵活性。如何优化合成路径以得到高品质的二维高分子聚合物是目前该领域的重大挑战之一。德国慕尼黑技术大学的Lackinger教授开发了一种有机单体分子自组装的光聚合合成路线，并利用纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）对fantrip单体分子和其聚合物进行了吸收光谱的研究，验证了聚合反应的机理。该合成方法与传统的热聚合方法相比，大大减少了二维聚合物的缺陷密度，提升了材料均一性。相关研究成果发表于Nature Chemistry, 2021, 13: 730-736。研究人员利用纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）的近场光学技术的高灵敏度，测量了fantrip有机单体分子及其二维聚合物的纳米傅里叶红外吸收光谱。所得光谱与DFT计算结果一致，证明了单体分子参与光聚合反应形成二维高分子。该技术得到的近场吸收光谱与传统FTIR光谱对应，而传统FTIR或ATR-IR的灵敏度无法测量该单层分子材料的吸收光谱。同时，纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR （德国Neaspec公司）的近场光学技术采用纯光学信号测量，而非基于材料热膨胀系数的机械信号。该技术灵敏度极高，可测量热膨胀系数低的材料，如二维材料，无机材料等。且对薄膜样品的破坏性极小，因此可用于单层分子自组装材料的研究。图2. Fantrip单体分子（上）及其二维聚合物（下）的纳米傅里叶红外吸收光谱。柱形图为DFT计算得到的fantrip单体分子（红色）及其二维聚合物（蓝色）所对应的红外吸收光谱。案例2：高分子纳米材料的鉴别及与传统红外光谱数据库的对照德国阿尔弗雷德纬格纳研究所的Gerdts教授利用散射式近场光学显微镜（s-SNOM）和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）对高分子材料进行了微观鉴别的研究。该课题组测量了高分子样品的近场红外成像以及红外吸收光谱，得到了高分子材料的纳米分辨率的相分布信息。同时，该团队测量了常见高分子的近场吸收光谱，并与通过ATR-IR得到的吸收光谱进行比较，发现用neaspec Nano-FTIR得到的近场吸收光谱与ATR-IR得到的光谱有极高的对应度，可直接对照传统IR光谱数据库。因此，散射式近场光学显微镜（s-SNOM）和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR （德国Neaspec公司）可应用于纳米高分子及环境中高分子样品的鉴别。相关研究成果发表于Analytical Methods, 2019, 11: 5195-5202。图3. LDPE聚合物颗粒PS介质混合物样品的光学超分辨成像。(a) 拓扑结构成像以及对应的(b) 机械信号的相位图和 (c) 近场红外的振幅图。(d) 通过 (c) 中所示路径的直线扫描得到的在1300 - 1700 cm-1区域内的近场红外的相位图。(e) LDPE和PS区域对应的近场红外的相位图。(f) 和 (g) 分别对应 (c) 中A, B区域的高分辨率近场红外相位图。可以看到LDPE/PS界面的近场红外的相位图中峰的移动。图4. (a) 用Nano-FTIR得到的PLA样品对应的近场红外的振幅(Sn)，实部(Re)，相位(φn)，虚部(Im)图。所得结果为三个样品点结果的均值，测量用时为7分钟。(b) Nano-FTIR得到的近场红外的虚部(Im)图与ATR-IR得到的PLA样品的光谱的对照。Nano-FTIR与ATR-IR得到的光谱高度吻合。案例3：石墨烯电解液界面的纳米红外研究ATR-IR是应用于电极电解液的原位界面表征的常用方法。然而该技术的探测深度在微米级别，而电极电解液的界面，如双电层，一般在纳米级别。因此ATR-IR得到的界面光谱信号受到电解液主体信号的严重干扰。加州大学伯克利分校的Salmeron教授利用nano-FTIR对石墨烯电解液界面进行原位研究，通过nano-FTIR可达10 nm的超高空间分辨率(探测深度)，对非热膨胀样品（石墨烯）的高敏感度，及无损伤的特点，实现了对单层石墨烯电解液界面的原位表征，真正获得了双电层的化学信息。研究人员发现，相较于传统的ATR-IR，nano-FTIR的红外光谱中可观测到界面独有的离子配位体，这得益于nano-FTIR的高灵敏度与高空间分辨率。同时，nano-FTIR支持样品台的接电设计，研究人员通过改变石墨烯电极的电压，观测到红外光谱的变化，说明了界面化学成分的变化，即双电层的变化。相关研究成果发表于Nano Letters, 2019, 19: 5388-5393.图5. 单层石墨烯电解液nano-FTIR原位研究实验设计示意图。图6.（a）ATR-FTIR和nano-FTIR的(NH4)2SO4水溶液红外光谱。（b）nano-FTIR在+0.5V和0V vs. Pt的红外光谱。0V数据取2个位置共64组光谱的平均值，+0.5V数据取5个位置共112组光谱的平均值。案例4：对多组分高分子材料的纳米成分分析西班牙巴斯克大学的Hillenbrand教授利用nano-FTIR实现了多组分高分子材料的纳米成分分析。研究人员通过检测聚苯乙烯（PS），聚丙烯酸（AC）以及聚偏氟乙烯（FP）混合样品的纳米区域的红外光谱，并与标准样品的纳米红外光谱做对比，得到样品组分的纳米分布图，分辨率达到了30 nm。通过分析样品C-F（1195cm -1），C=O（1740cm -1）及C-O（1155cm -1）峰的强度及波数的空间分布图，可得到对应的高分子组分及组成结构的空间分布。相关研究成果发表于Nature Communications, 2017, 8，14402. Nano-FTIR可以得到材料纳米分辨率的化学信息，分辨率最高可达10 nm，是传统FTIR和ATR-IR无法企及的。图7. nano-FTIR对高分子复合材料的表征。包括（a）拓扑结构成像，（b）相应位置的纳米红外光谱，以及（c），（d）基于纳米红外光谱的组分分布图。纳米傅里叶红外光谱仪nano-FTIR的技术优势：☛ 极大地突破了传统红外光谱的空间分辨率极限，可达10 nm；☛ 得到的谱图与传统红外谱图有极高的一致性；☛ 探测光学信号而非机械信号，灵敏度极高，适用于热膨胀系数低的系统；☛ 可同时得到光谱及成像结果；☛ 测样时间短；☛ 操作和样品准备简单——仅需要常规的AFM样品准备过程。参考文献：1. Meyns M, Primpke S, Gerdts G. Library based identification and characterisation of polymers with nano-FTIR and IR-sSNOM imaging [J]. Analytical Methods, 2019, 11: 5195-5202.2. Grossmann L, King B T, Reichlmaier S, et al. On-Surface Photopolymerization of Two-Dimensional Polymers Ordered on the Mesoscale [J]. Nature Chemistry, 2021, 13: 730-736.3. Lu Y, Larson J M, Baskin A, et al. Infared Nanospectroscopy at the Graphene-Electrolyte Interface [J]. Nano Letters, 2019, 19: 5388-5393.4. Amenabar I, Poly S, Goikoetxea M, et al. Hyperspectral Infared Nanoimaging of Organic Samples based on Fourier Transform Infared Nanospectroscopy [J]. Nature Communications, 2017, 8: 14402.

红外光谱技术是一种通过检测分子内部振动/转动能级的跃迁频率来确定物质分子结构从而鉴别化合物的分析方法。其“快速”、“无损”的特点，对研究生物分子的化学键和官能团十分有利，因此受到生物、化学等领域的广泛关注。不过，微米级别的红外光波长和纳米级别的生物分子相互作用微弱，成为红外光谱技术长期难以突破的限制。更重要的是，生物分子原位检测的水环境，是红外光谱最大的“忌讳”。　　为此，来自国家纳米科学中心（以下简称纳米中心）纳米光子材料与器件实验室（以下简称光子室）研究团队自主开发出一种石墨烯增强液相红外传感器，“拉满”红外光谱的“技能”。这一传感器不仅实现了在生理环境下原位识别纳米级蛋白质的振动指纹，还创新性地采用电学调控的方法有效消除了液相环境水信号干扰。　　5月30日，这项研究成果在《先进材料》（Advanced Materials）上在线发表。石墨烯增强液相红外技术原理示意图及相关实验数据（研究团队供图）　　红外光谱难题待解　　在生物学研究中，蛋白质作为复杂的纳米级分子机器，其纳米蛋白冠界面、病毒蛋白结构域与受体的结合界面以及纳米药物靶向作用位点也都在纳米尺度。作为论文通讯作者之一、国家纳米科学中心研究员杨晓霞告诉《中国科学报》：“开发具有纳米级分辨率的原位和非侵入性检测技术以了解生理环境中的生物界面和过程非常重要。”　　许多研究者心目中，目前已经广泛应用于物质鉴定的红外光谱技术备受期待。一束红外光通过某种物质，当物质分子中基团的振动/转动频率和红外光谱中的特定频率一样时，分子会吸收红外光的能量完成“跃迁”，该处波长的光就被物质吸收，形成具有不同特征的“振动指纹”。这便是红外光谱技术用来鉴别化合物的基本原理。　　然而，红外波长普遍在微米尺度，与纳米尺度的生物分子存在超过3个数量级的尺寸失配，导致光与物质相互作用十分微弱。与此同时，水作为一种极性分子，强烈的红外吸收总是掩盖生物分子关键频段的振动指纹。　　因此，如何克服信号微弱和水的干扰这两个“短板”成为红外光谱探测研究领域面临的大挑战。　　石墨烯+等离激元　　多年来，学者们想尽各种办法，希望用“增强”红外光谱的策略实现原位检测生物分子的目标。　　作为导电材料上一种独特的物理现象，“等离激元”的应用被视为增强红外光谱的新方法之一。在等离激元现象中，入射光驱动材料中的自由电荷产生光频的集体振荡，形成的电磁模式可以“聚焦”和“放大”入射光的信号。　　与此同时，2010年前后，石墨烯作为一种新型低维纳米材料，逐渐走进科研人员视野。石墨烯具有单原子层的厚度、高载流子迁移率、狄拉克电子特性以及电学可调的优势，是实现增强红外光谱的理想介质。　　石墨烯+等离激元，会迸发出什么火花？过去已有研究证明，石墨烯等离激元在红外波段表现优异，其可以将90%的电磁场能量“圈定”在表面10纳米范围内，形成“热点”，处在热点区域的待测分子红外信号被有效放大。　　但是，实际操作中，研究人员却遭遇新的困难。“石墨烯的特殊结构带来性能突破的同时，也使其等离激元效应容易遭受周围介电环境的强烈干扰。”最新发表论文一作、国家纳米科学中心博士生吴晨晨告诉《中国科学报》。　　为解决石墨烯等离激元易受干扰的问题，2015年以来，纳米中心光子室研究团队通过对石墨烯纳米结构设计和等离激元调控规律研究，突破了基底介电环境干扰，已经实现了微量固相有机分子薄膜和有害气体分子的高灵敏检测，相关研究成果陆续在《自然-通讯》《先进材料》等期刊上发表。　　想法变成现实　　科研团队在攻克固相和气相分子检测之后，又对石墨烯等离激元进行了“新技能”开发，即液相分子检测。　　吴晨晨介绍，消除水的干扰是生理环境中分子检测遇到的最大挑战。一方面，通过双电层对石墨烯进行电学调控可将等离激元热点外的背景信号原位扣除；另一方面，石墨烯的疏水表面可以有效吸附溶液中的蛋白质分子到其热点区域，并把水分子排除在热点区域以外，这两者协同作用，可有效放大蛋白质分子的红外信号。　　这个想法看起来容易，想要真正做出一个实物却没那么简单。研究团队首先通过设计超薄透射红外液体流通池，保证了红外光在液体环境下的稳定光程和高透过率。然后，构筑了在生理环境中进行有效电学调控的石墨烯纳米结构。经过3年不懈努力，一种可调谐的石墨烯等离激元增强液相红外传感器终于出炉。　　从一进入团队开始，吴晨晨几乎每天从早到晚都泡在这个实验上，辗转于微纳加工实验室和红外光谱实验室。“从红外液体流通池到传感器的电路设计，理论上看起来是能走通的，但是在微纳加工实验室制备完传感器，去测试红外光谱之后又发现没有预期的结果。”她说，“就这样反复失败，反复查阅文献、找老师们讨论、总结原因，重新设计、重新制备传感器。”当然，她也获得一个意外的收获，微纳加工技术得到大大精进。　　实验证明，这一液相红外传感器在生理环境下，有效激发了可调谐的石墨烯等离激元响应，不仅成功抑制了水环境的信号干扰，还将光谱检测的灵敏度提高到了2纳米水平。在此基础上，进一步实验原位识别了纳米级蛋白质“酰胺I带”和“酰胺II带”的振动指纹，并成功监测了纳米蛋白质的氢氘质子交换过程。　　“几乎从零起步，看着这个一步步研究出来的实实在在的技术，有很强烈的成就感。”吴晨晨坦承。　　更令人期待的是，这种自主设计的可调谐石墨烯等离激元增强液相红外传感器作为可拆卸附件，可以兼容商用显微红外光谱仪的测量模式。　　国家纳米科学中心博士生吴晨晨为本文的第一作者，戴庆研究员和杨晓霞研究员为共同通讯作者。

近日，中国警察网对鉴知技术为公安、海关、应急管理等执法机构提供了拉曼与红外设备用于芬太尼的现场快速检测进行了报道。在保护执法人员安全的前提下，鉴知技术助力执法机构快速鉴别芬太尼类物质。解决方案【手持拉曼无接触筛查】使用RS1500检测信封中的芬太尼现在犯罪分子运输毒品的方式多种多样，邮包信件等方式层出不穷，执法人员在遇到可能含有芬太尼类物质的可疑物品时，直接打开检测有中毒风险，拆包装会损毁物品还有误拆风险。鉴知RS1500手持式物质识别仪无需打开包装便可进行检测，可穿过透明/半透明玻璃、塑料，以及信封、彩色HDPE塑料瓶等常见包装，有效降低了接触危险物质的风险，保护执法人员的安全，可满足大部分的现场需求。普通拉曼无法检测到信封中芬太尼的拉曼信号，RS1500可检测到明显信号芬太尼类物质荧光干扰强、衍生物多，传统拉曼难以检测到信号，RS1500采用1064 nm激光波长，有效避免了荧光干扰，可准确识别芬太尼类物质。RS1500配备了包含芬太尼及其众多衍生物在内的谱图库，相关检测能力获得公安部认证，并且支持用户自建库，可以检测最新的芬太尼衍生物。RS1500（蓝色）与普通拉曼（红色）检测卡芬太尼和丁酰芬太尼结果对比现场往往会发现少量的残留物，对于这些颗粒、粉末状的微小样品，难以取样，直接检测又无法确定信号是来自真实样品还是环境干扰。RS1500集成特有的微区成像功能，可将光束准确的聚焦到可疑样品进行检测，确保获得真实样品信息。RS1500准确检测胶带上残留的微量样品更多产品详情，戳此了解！【便携红外快速识别】使用IT2000NE检测粉末样品除拉曼外，鉴知还提供基于红外技术的IT2000NE毒品爆炸物检测仪用于芬太尼的现场快检。IT2000NE配置了含芬太尼类物质在内的红外光谱库，可检测物质种类总数超过10000种，固体、液体、粉末均可快速检测，1分钟以内报出结果。仪器操作简单，无需压片（上图），其搭载智能化操作软件，直接报出物质名称，非专业人员经简单培训后即可熟练使用。芬太尼类物质红外谱图示例 IT2000NE在用于现场分析的红外设备中具有领先的光谱性能，分辨率高达2 cm-1，低波数段可到500 cm-1，可检测的物质种类更多，获得的物质结构信息更丰富，检测结果更可靠，从而让执法人员更具信心！ 更多产品详情，戳此了解！

近日，中国科学技术大学龙世兵、孙海定研究团队联合武汉大学刘胜教授团队，以及合肥微尺度国家实验室胡伟研究员、香港城市大学He Jr-Hau教授和澳大利亚国立大学傅岚教授，将分子束外延生长的III族氮化物纳米线与无定型硫化钼材料结合，构筑了新型GaN/MoSx核壳纳米线结构，应用于光电化学光探测领域。通过将氮化镓半导体内光电转化过程与该结构在电解质溶液中的电化学反应过程相交叉，成功在纳米线中观察到光波长控制下的光电流极性翻转现象，实现了不同波长可分辨探测功能。该成果以“Observation of Polarity-Switchable Photoconductivity in III-nitride/MoSx Core-Shell Nanowires”为题发表在Light: Science & Applications，并被选为第 11 期封面文章。III族氮化物纳米线具有良好的导热性，载流子有效质量小、载流子迁移率高、吸收系数高、化学稳定性和热稳定性良好等各种优异特性，被广泛应用于晶体管、激光器、发光二极管、光电探测器和太阳能电池等领域，是现代半导体器件领域的重要组成部分。特别地，由于其独特的一维几何形状和大的比表面积，III族氮化物纳米线表现出许多对应体相材料不存在的独特特性。相比于薄膜结构，纳米线生长不受制于晶格匹配生长规则的约束，完美解决了异质外延生长及集成所面临的困境。同时，在III族氮化物纳米线外延过程中，材料内的应力易得到释放，位错则终止在III族氮化物纳米线的侧壁，有效减少了外延材料中的堆垛层错和穿透位错密度。此外，相较于薄膜结构，纳米线中的低缺陷密度可大幅提高纳米线中施主、受主杂质的掺杂效率，具有高效载流子导电特性。并且，得益于其高晶体质量和大的比表面积，纳米线阵列拥有较高的光提取/吸收效率和较强的光子局域化效应。此外，纳米线结构可以通过有效的应变弛豫来缓和有源区内的极化场，显著降低材料内位错密度和压电极化场，增强了电子和空穴之间的波函数重叠。同时，基于分子束外延自发生长的III族氮化物纳米线表面为氮极性，赋予了其较高的化学稳定性。尽管III族氮化物纳米线有诸多优势，然而，仅依靠其固有的物理和材料特性构筑器件，限制了该类材料功能的进一步拓展。通过将纳米线中的经典半导体物理过程与化学反应过程相结合，有望突破传统III族氮化物纳米线的功能限制，拓展新的应用场景。针对上述问题，中科大孙海定课题组利用分子束外延（MBE）技术所制备的高晶体质量氮化镓（GaN）纳米线，开展了系列研究工作。在构建高性能光电化学光探测器的基础上[Nano Lett., 2021, 21 (1): 120-129 Adv. Funct. Mater., 2021, 31 (29): 2103007 Adv. Funct. Mater., 2022, 2201604 Adv. Opt. Mater., 2021, 9 (4): 2000893 Adv. Opt. Mater., 2022, 2102839 ACS Appl. Nano Mater., 2021, 4 (12): 13938–13946], 通过将光电化学光探测器中载流子的产生、分离及传输过程与电子和空穴在半导体表面/电解液界面处的氧化/还原反应过程相结合，实现了载流子输运过程的有效调制，在该器件中观察到独特的双向光电流现象[Nature Electronics, 2021, 4 (9): 645-652 Adv. Funct. Mater., 2022, 2202524 Adv. Funct. Mater., 2022, 32 (5): 2104515]。上述工作中，实现双向光电流的必要条件之一是利用纳米线表面贵金属修饰策略，改善纳米线表面的载流子分离效率及化学吸附能。如何利用纳米线独特的一维几何形状和大的比表面积特性，将其与其他低成本、易合成的功能材料相结合，是实现对贵金属材料的替代，降低器件制备成本并进一步提升器件多功能特性的关键。与此同时，为了更好分析双向光电流现象的内部机制，需要探索新的表面修饰手段，以保证复合纳米线结构的均一性，稳定性。作为过渡金属硫属化物材料的一员，近年来，无定形硫化钼（a-MoSx）在实现高效能量收集和转换方面受到了广泛关注。由于其独特的由二硫配体桥接的一维（1D）a-MoSx链结构，丰富的表面活性位点可以与周围环境紧密接触，表现出出色的反应活性，可实现高效的电荷转移和传输。更重要的是，在温和的室温条件下，简单的电沉积方法（循环伏安法）即可以轻松合成a-MoSx材料。通过电沉积法，a-MoSx可以直接包裹于纳米线表面上，实现a-MoSx和纳米线之间的高效耦合，有效改善纳米线表面的载流子分离效率及化学吸附能。在此，我们以实现对不同波长的光分辨探测为目标，提出了一种基于在Si衬底上外延生长的p-AlGaN/n-GaN纳米线构建的光电化学光探测器（图1）。图1 基于纳米线的PEC PD的器件结构和工作原理示意图在光电化学光探测器的工作过程中，光电流响应信号的大小由有效参与氧化还原反应的光生载流子的数量决定，光电流的极性（正或负）则由在半导体/电解质界面发生的化学反应的种类决定。换句话说，通过入射光的波长控制在光电化学光电探测器中占主导地位的化学反应种类（氧化反应或还原反应），可以实现光电流极性的翻转。图1展示了光电化学光电探测器中的基本光电极结构和简化的工作原理。由于设计的顶部p-AlGaN层的带隙较大，它对低能光子（例如365 nm光照）是透明的，对光电探测过程没有贡献，只有n-GaN部分吸收光子并且参与氧化反应，光电探测器呈现正光电流。而在254 nm照射下，顶部p-AlGaN和底部n-GaN部分均能吸收高能光子并于半导体/电解质界面发生氧化反应和还原反应。然而，由于纯p-AlGaN/n-GaN纳米线表面的氢吸附能（ΔGH）不适合实现高效的还原反应（换句话说，还原过程很慢），氧化反应过程仍然在净光电流极性中占主导地位。纯p-AlGaN/n-GaN纳米线，在254 nm照明下产生小的光电流。这表明改变纳米线表面的ΔGH是实现双向光电流的关键。为了在不同波长的光照下实现双向光电流响应，我们选择用a-MoSx修饰III族氮化物纳米线以提高还原反应速率。图2在p-AlGaN/n-GaN纳米线的表面可以观察到一层明显壳层，表明III族氮化物核壳结构纳米线的成功制备。图2无定型MoSx修饰的p-AlGaN/n-GaN纳米线的结构表征。（a）SEM.（b）低倍率TEM.（c）高分辨率TEM图像（d）低倍率STEM图像（标尺 = 100 nm），（e）高角环形暗场（HAADF）STEM图像和（f）环形明场（ABF）STEM图像。（g）STEM-EDS 图像和（h）对应位置的线扫描结果为深入理解表面修饰对光探测性能带来的影响，我们通过X射线光电子能谱（XPS）进一步研究了a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线的化学成分和元素间键合情况（图3a,b）。这些结果与之前对[Mo3S13]2-簇的XPS研究一致，证实了a-MoSx被成功修饰在p-AlGaN/n-GaN纳米线上。图3 （a）(b) p-AlGaN/n-GaN纳米线上电沉积a-MoSx壳层的XPS谱。（c）a-MoSx修饰前后的光响应对比。（d）a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线的光谱响应为了进一步评估纳米线的光响应行为，我们构建了光电化学光探测器。由图3c可知，纯p-AlGaN/n-GaN及无定型MoSx修饰后的纳米线均显示出稳定且可重复的开/关光电流循环。纯p-AlGaN/n-GaN纳米线在254 nm或365 nm光照下则均表现为正的光电流响应，这与图1所示的纯p-AlGaN/n-GaN纳米线的工作原理一致。因其对不同光子能量的入射光子有不同的光响应特性，a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线能够通过表现出不同极性的光电流来区分不同的光波段。如图3d所示，光电流信号在255 nm光照下为负，然后当波长超过265 nm时切换为正，证实了其波段可分辨性能。此外，对可见光照射的光响应可以忽略不计，表明器件具有出色的可见光盲特性。同时，我们还深入探讨了该器件的性能可调性，并利用第一性原理计算揭示了a-MoSx修饰实现双向光电流性能的内在机制。