高光谱荧光测试系统介绍

基本原理：

荧光是一种光致发光的冷发光现象，当某种常温物质经特定波长的入射光照射时，其分子吸收光能后从其基态跃迁到激发态，并且立即退激发并发出另外一种出射光，原理如图1 所示。通常新的出射光的波长比入射光的波长更长，且多处于可见光波段。

系统使用高灵敏度、高信噪比、高像素Scoms 相机、制冷型InGaAs 等作为探测单元，使用高光谱分辨率的透射式光栅光谱仪，结合消色差成像镜头、内置推扫成像结构、内置调焦结构、内置Shutter 等单元完成采集系统的集成。大功率的氙灯光源或者高功率激光器作为系统进行荧光信号检测的光源体，配合均匀性非常高的复眼透镜组、激发滤光片、聚焦透镜、反射镜等结构完成样品激发光的传送，样品在激发光的作用下会产生相应的荧光（发射）信号，在高光谱相机前端设计有荧光滤光片，这样荧光信号最 终被高光谱相机收集到，通过处理分析建模等处理后可获取需要的荧光光谱和图像。

利用激光的优势结合应用行业的需求，可将其高功率激光通过光纤传导并导入到匀光光路（六面体匀光结构）中，形成大面积、均匀性高、聚焦的激发面阵列光。可以为材料科学的研究提供强 力的技术支持。例如：如果想要将这一新的钙钛矿太阳能电池光伏之星推向市场， 更好的理解光物理学和降解机制变的尤为重要。

高光谱成像设备可以获得以下参数的空间分布：

· 表面缺陷 · 相分离 · 无序化

这种有效的方法可以深入表征钙钛矿微观结构，并将有助于理解这些材料中的降解现象，并使他们更接近于商业化。

荧光高光谱测试系统

高光谱相机参数：

名称

指标描述

光谱仪

体全息透射式光栅（PGP）结构

光谱范围

350nm-1000nm

900nm-1700nm

光谱分辨率

2.8nm

5nm

光谱采样间隔

0.5nm(mean)

0.5nm(mean)

1.8nm

光谱仪狭缝宽度

30μm

Shutter

内置(选配)

探测器

像素尺寸

6.5μm*6.5μm

6.45μm*6.45μm

像素尺寸：15μm*15μm

像素大小

2048*2048

1392*1040

640*512(9.6mm*7.68mm)

类型

SCOMS

CCD（Si）

Cooled VGA SWIR InGaAs Camera

接口类型

USB3.0

USB2.0

Gigabit Ethernet

成像镜头

焦距（mm）

25

25

30

属性

消色差可见-近红外定焦镜头

近红外成像镜头

光谱范围（nm）

350-1000

350-1000

900-2500

视场角（°）

29（线视场角）@1米

20（线视场角）@1米

31（线视场角）@1米

硬件配置

内置控制主板、微型处理器、电池、二维精密电控位移系统、辅助摄像头等

软件

自主开发：控制、采集、分析处理等；数据兼容第三方； 提供二次开发（windows系统）

系统参数

主要部件	设备名称	主要技术指标和功能（高光谱成像系统采用内置推扫方式）
1	暗箱	外观尺寸	80cm*80cm*100cm（长宽高）	可定制
		样品台尺寸	30cm**30cm*40cm（长宽高）	可定制
2	光源	反射光源	数量：4个； 功率：50W/个； 光谱范围：350nm~2500nm； 对样品可进行反射光谱测试。
		大功率LED光源
		氙灯光源	数量：1个； 功率：150W； 光谱范围：300nm~2500nm； 作为激发光源可对样品可进行荧光光谱测试。
			对氙灯光源输出光的传输方式进行了 升级改进，单色光的传输效率更为高 效，提升了单色光强度，结构更为简 单，滤光片更换更为方便。 复眼透镜：光能利用率更高，大面积 的均匀照明，匀化效果更好； 高效的光束转向组件；
		激光光源	532nm/808nm等大功率激光器。 多种光传导方式： 1、采用1.5米长多模光纤传导激光； 激光器输出激光并利用光纤进行传输，使其光信号进入到六面体匀光棒结构中，通过调整聚焦透镜，将光源光斑清晰的成像，使得光源光斑照射区域光照均匀一致， 再经过大面积平面反射镜的反射，使得激光均匀照射到样品上进而形成激发面阵列光。 采用复眼透镜组传导激光 激光器输出激光并利用光纤进行传输，使其光信号进入到复眼透镜组中，利用复眼透镜组对光的匀化，使其形成面阵列分布的激发光。
3	附件	激发滤光片	荧光带通滤光片非常适用于荧光成像应用。 其通带具有> 93％的透射率，截止带光密度可达OD6。滤光片基片为熔融石英材料，表面用离子溅射工艺镀加硬膜，采用黑色阳极氧化铝环进行封装。340nm/370nm/390nm/450nm/530nm/628nm/697 nm等300-1000nm可选。
		发射（荧光）滤光片	有色玻璃长波通滤光片有 27 种标准 SCHOTT 彩色玻璃类型可供选择，可在紫外线 (UV)、可见光或近红外 (NIR) 光谱中提供截止波长。有色玻璃基片在其波长范围内具有很高的光谱透射率。设计标准尺寸为 50 x 50mm，可轻松集成到光学系统中， 并且厚度为 1、2 或 3mm。400nm/455nm/550nm/645nm/720nm等300-1000nm 可选。
4	功能介绍	辅助监控	荧光测试时，系统需要完全密闭的暗环境下测试，通过辅助摄像头可以实时监控暗箱内部情况下。
		软件功能	采集控制、友好的参数设置界面、自动曝光、自动调焦、自动速度匹配、手动参数设置、数据预处理、辅助功能、辐射度、均匀性、镜头、反射率、区域校准等。

产品主要特点如下：

1）激发光源均匀分布整视野，作用于样品表面激光功率密度较低，同时避免了由于局部照明造成的载流子复合即使在较低功率下可获得高信噪比图像。

2）整视野面成像，采用光谱扫描，成像速度快，150x150mm2成像范围仅需10秒钟。

XY&Line Mapping VS HyperSepctral Imaging

图3 单点Mapping扫描成像与高光谱成像比较

3）可做绝 对校准，获得光谱绝 对强度，获取器件光电特性如EQE,Voc等

4）可选择不同波长的激光作为激发光源

5）集荧光成像、电致发光、光致发光、反射率成像等诸多功能于一体。

表 1 荧光成像技术检测的响应激发光源、波段和荧光发射波段：