光谱的应用

2024-08-20
7

荧光的应用案例

PG2000-Pro 背照式光谱仪 |太阳辐照度测量

背景:辐照度是衡量某个与光源有特定距离的虚拟表面上的光通量密度。测量必须包含各个方向各个角度上的光辐射。光谱辐照度是描述辐照度按波长分布的函数。在太阳能发电、生物燃料的日光发酵、日光消毒、气候研究、温室农业、太阳能模拟器检测、大气检测等科学领域,日光辐射测量非常重要。

图片2.png

上图表示的是日光的辐照光谱图。图中黑色部分是5250+273℃ = 5523K 黑体辐射的光谱辐照度在各个波段的吸收强度。红色表示海平面吸收的光谱辐照强度在各个波段的大小强弱。黄色表示太阳光在最上层大气的光谱辐照强度在各个波段的大小强弱。

设备配置:

光谱仪PG2000-Pro(300~1100nm)、NIR1700(900~1700nm)

光源#1号标准光源(带计量院定标参数)

光纤FIB-600-NIR

配件余弦校正器衰减器

测试步骤:参照标准光源,读取光谱数据,计算得到光谱仪的辐照度定标参数。打开Morpho 软件,将辐照度定标参数导入 Irradiance 模块,进入辐照度测量模式,测量日光辐射参数,并作分析。若只需要可见光部分日光辐射量的分析,PG2000-Pro 足矣。若需要可见到红外的日光辐射量分析,则需要 PG2000-Pro 和 NIR1700 的拼谱来实现可见到红外的波段覆盖。注:辐照度是光源特定距离表面上的光通量密度,而辐射率是用来测量扩展光源在单位立体角上发射的光通量密度。测量辐照度通常需要采用余弦校正器。

图片1.png

上述两幅图分别表示2015年6月15日下午日光在可见光波段的辐照光谱图和日光在可见-红外波段的辐照光谱图。总结在太阳能领域中,由于要对地面上不同的区域所接收到的辐射量进行检测,光谱辐照度的测量变得十分重要,在诸如太阳能发电、大气监测、温室农业、太阳能模拟器等行业中,辐照度法进行日光辐射测量具有重大的意义。复享辐照度光谱仪系统能实现宽谱段范围内(理论上300~2500nm)监测日光辐射率数据。

吸收的应用案例

NIR2500 在黑硅光电探测器研究中的应用

2016 年 7 月,一篇发表于 Nanoscale Research Letters,题为《The Enhanced Light Absorptance and Device

Application of Nanostructured Black Silicon Fabricated by Metal-assisted Chemical Etching》的文章报道了一种金属辅助化学刻蚀(Metal-assisted Chemical Etching,MCE)方法形成的纳米结构黑硅探测器。

图片3.png

黑硅对光的高吸收性质是人们对硅基红外探测器研究的基础。作者利用MCE 的方法来制备黑硅,然后利用黑硅制造 Si-PIN 光电探测器(图1),并研究其性能。这种光电探测器展现了比较高了响应(0.57A/W@1064nm, 0.37A/W@1100nm)及较强的宽谱段吸收能力(400~2500nm, 95%)。证实了由 MCE 制造的纳米结构黑硅在近红外光电探测器上具有潜在的应用前景。

【样品& 测试】文章中,作者使用 SEM 观察了样品在不同刻蚀时间下的形貌,图2a 为利用 MCE 方法刻蚀 15min(左图)及 60min (右图)时的黑硅纳米阵列的 SEM 图。刻蚀后,硅衬底上会覆盖垂直的纳米锥状阵列。通过不同的沉积和刻蚀时间可以很好的控制硅纳米阵列的形态。刻蚀 60min 时,纳米锥状结构显示了比较理想的长宽比,直径和长度约为 100nm 和2.5μm。

图片4.png

文中样品的光学特性是通过复享光学的反射/吸收光谱测量系统 测得。由于样品表面高低不平的硅纳米阵列,其对于光的反射明显受到抑制(图2b),纳米结构的 C-Si 的反射率明显低于普通的 C-Si 的反射率,且刻蚀时间越长,反射率越低。此外,与普通的 C-Si 相比,纳米结构的 C-Si 显著增强了 400~2500nm 波长范围内的光吸收,尤其在近红外波段(图2c)。刻蚀 60min 的样品具有最高的吸收率,在 NIR 波段(800~2500nm)最高可达 95%,平均吸收率(400~2500nm)达到 91%。这种在 400~2500nm 波长范围内的高吸收率主要来自于硅纳米锥阵列中光的多重反射,增加了光的路径和光子的捕获率。

对于探测器的响应特性,则是使用电学手段测量获得的。将基于黑硅制造的Si-PIN 光电探测器与其他两个探测器进行比较(滨松的 S1336-44BK 和文献报道的同等探测器)。结果表明,基于上述方法制造的 Si-PIN 光电探测器显著提高响应率,且响应峰值约有 80nm 的红移,在近红外波段,响应达到了 0.57A/W@1064nm、0.37A/W@1100nm。

文章报道了一种基于金属辅助化学刻蚀方法的纳米结构黑硅光电探测器的制备方案,并对其性能进行验证。实验证实,这种方案制造的黑硅光电探测器展示了优良的设备性能,响应率可达0.57A/W@1064nm 及 0.37A/W@1100nm,最大光学吸收可达 95%(800~2500nm),平均光学吸收可达 91%(400~2500nm)。上述方案是对光学工程中硅材料性能的基础研究,为实现硅材料的高吸收和宽谱段响应、黑硅光电探测器及其他新型器件提供了一个可行的策略。