高分辨光电机理测试平台及相关材料研究进展ppt课件

高分辨光电机理测试平台及相关材料研究进展陈学元，罗文钦中国科学院福建物质结构研究所,973Workshop2008苏州,一、高分辨光电机理测试平台,高分辨光电机理测试平台简介,针对光电子材料和器件研究现状，通过引进消化吸收再创新，组建国际先进的光电功能材料机理器件的综合测试平台，并具备研制各类光电原型器件的能力，为光电子技术和产业的持续发展注入源动力。,光化学与光物理实验室,研制意义和紧迫性,新一代信息功能材料及器件新材料、新能源技术重大科学研究计划：量子调控、纳米研究,高分辨光电机理测试平台,平台建设目标,技术方面,研究方面,平台研制内容,纳秒激光器,皮秒激光器,OPO激光器,飞秒激光器,80MHz,1.5ps,700-1000nm，SHG,THG2.4W790nm,1kHz,100fs,240-2600nm,3.5mJ800nm,窄线宽10Hz,5ns,250-1500nm，1.5J1064nm,中带10Hz,5ns,410-2400nm，28mJ500nm,2.1低温高分辨激光光谱模块,低温高分辨激光光谱,皮秒激光器,低温光学系统,高分辨单色仪,短寿命荧光测试系统,氙灯激发光源,锁模控制系统,高功率红、蓝色激光,千级超净室,最低温度：3K换样品时间：5-10分钟分辨率：0.006nm（0.2cm-1）光谱响应：200-1700nm荧光寿命：10ps100ms,自主设计，已提供对外测试,2.2超快激光光谱模块,飞秒瞬态吸收,皮秒瞬态荧光,2.3共焦荧光/显微拉曼/近场光学模块,Si纳米凹痕处原位拉曼成像,2.4激光和非线性光学性能测试模块,相位匹配角、色散方程、z-scan,Maker条纹法测倍频效应,2.5光化学与光物理扩展模块,各子系统按模块化设计，开放的光路设计，具有非常好的系统扩展性；多种激光光源共享，满足不同学科领域；实现高灵敏度(阿瓦级)和高分辨率（0.006nm）的超微弱荧光信号探测；时间分辨瞬态光谱100fs-100ms：100fs10us激发态寿命主要通过飞秒泵浦探测瞬态吸收光谱探测；实现空间高分辨的原位微区光谱成像和检测；低温，最低3-4K,主要技术创新点,平台应用领域,过渡金属、镧系、锕系离子的光物理和光化学；分子电子学、材料的激发态物理和化学；激光光谱学；激光和半导体材料与器件；太阳能电池、发光和显示材料、纳米材料、生物医学诊断及检测；痕量分析；微区原位结构和成分分析,时间节点,2008年：平台总体设计，系统、模块技术路线和研制方案确立；千级洁净室（200m2）改造工程；共享激光光源购买到位，以及低温高分辨激光光谱测试模块、超快激光光谱模块到位；2009年：激光和非线性光学测试模块，光化学与光物理扩展模块建设；共焦荧光/显微拉曼/近场光学模块到位，各个系统集成、调试；样品实测。,千级洁净室设计草图,二、纳米光电机理研究,近年来，纳米光电材料的制备和表征技术突飞猛进，但对影响其光学性能的基本物理机制缺乏深入研究，严重制约着纳米光电材料和器件的发展。,纳米光谱和光电子学,1.Eu3+:TiO2纳米晶,Eu3+占据三种位置！（I:表面II,III:晶格）,成功地在TiO2小纳米颗粒中实现稀土的体相掺杂！,8-10nm,1000nm,J.Phys.Chem.C112,10370,(2008),稀土掺杂TiO2基纳米晶,高效光致发光,半导体,以Eu3离子为光谱学探针，可以推断出Eu3离子在TiO2中所在格点位置的对称性,C2v,D2,D2d,2.Nd3+:TiO2纳米晶,实现了Nd3+离子在TiO2中的体相掺杂和TiO2到Nd3+离子的强能量传递,3.Sm3+:TiO2纳米晶,实现了TiO2到Sm3+的高效能量传递,观察到Sm3+在TiO2中占据多格点位置,利用Sm3+为探针，得到TiO2的带隙及缺陷能级,得到Sm3+离子4G5/2能级本征寿命为0.35ms,从TiO2到稀土离子能量传递机理,=1533nm,强近红外发光1.5um,10K激发谱,Anatase20-25nm,Em-Ex523.4nmEm-Ex358nm,4.Er3+:TiO2纳米晶,Er3+在TiO2纳米颗粒中单一位置体相掺杂！高效能量传递TiO2Er3+,Opt.Lett.33,953(2008),MultipletsExp.FitEa(cm-1)4I15/21*-19.3247770.0019.322*7.32641815.007.673*81.02864395.0013.974*165.730145166.000.275*218.827428210.00-8.836*391.975960378.00-13.987*468.629661454.00-14.638*506.053744504.00-2.054I13/29*6524.5024406525.000.5010*6533.0944566543.009.9111*6594.0300286585.00-9.0312*6649.383239*13*6744.577594*14*6851.270456*15*6858.644296*4I11/216*10166.137503*17*10183.858776*18*10206.02993410205.00-1.0319*10268.421570*20*10328.118050*21*10329.809694*4I9/222*12252.251701*23*12287.099340*24*12400.952571*25*12453.030088*26*12583.99131712588.004.01F9/227*15122.056004*28*15133.31767615140.006.6829*15262.51810515242.00-20.5230*15303.09541815291.00-12.1031*15382.91010515404.0021.09,MultipletsExp.FitEa(cm-1)4S3/232*18152.36711018165.0012.6333*18195.136480218183.00-12.362H11/234*18971.55994218975.003.4435*19025.11070619010.00-15.1136*19085.84269219104.0018.1637*19151.88306319148.00-3.8838*19200.97214119181.00-19.9739*19214.86558819226.0011.134F7/240*20320.25671120298.00-22.2641*20399.81098220392.00-7.8142*20418.39467120430.0011.6143*20453.35357920466.0012.654F5/244*22049.01156821997.00-52.0145*22117.35800922119.001.6446*22160.63833522217.0056.364F3/247*22380.58787422386.005.4148*22452.12602822444.00-8.132H9/249*24283.02394824298.0014.9850*24295.21144424313.0017.7951*24406.02003524411.004.9852*24441.55771224426.00-15.5653*24545.59182224525.00-20.594G11/254*25991.01412525920.00-71.0155*26031.04279726062.0030.9656*26159.51591726170.0010.4857*26244.46741826264.0019.5358*26358.58077926344.00-14.5859*26396.69323126427.0030.31,C2v对称性条件下,指认了45个Er离子能级，并进行了能级拟合，误差为25.1cm-1,Free-ionandcrystal-fieldparametersofEr3+attheC2vSiteofTiO2nanocrystals(incm-1).,通过计算拟合，我们首次得到Er离子在TiO2半导体纳米晶中的晶体场参数,CFstrengthsofEr3+ionsindifferenthosts,介质折射率对自发辐射寿命的显著影响,稀土体相掺杂ZnO纳米晶,Eu3+:ZnO纳米晶,成功地在ZnO小纳米颗粒中实现稀土的体相掺杂！,纳米光谱,首次观察到Eu3+在ZnO中两种占据位置！A：表面位置；B：晶格位置(体相),J.Phys.Chem.C112,686(2008),9nm,2.Nd3+:ZnO纳米晶,在低温下，有很强的从ZnO到Nd3离子的能量传递,3.Sm3+:ZnO纳米晶,观测到了Sm在ZnO中三个格点位置的发光，以及从ZnO到Sm3的强能量传递,研究进展小结（2008-）,专章（*为通讯或第一作者）*Nanotechnology:Nanofabrication,Patterning,andSelfAssembly(inpress,Nova)*FrontierDevelopmentsinOpticsandSpectroscopy(inpress,WorldScientific)论文*OptLett(2008)1篇*JPhysChemC(2008)2篇*JNanosciNano