《科學(xué)儀器評論》中的最新文章《FluoTime 300光譜儀的升級選件FluoMic》重點介紹了：結(jié)合FluoMic附加組件的FluoTime 300熒光穩(wěn)瞬態(tài)光譜儀作為一種強大工具是如何用于光物理研究和應(yīng)用，在各種樣品上產(chǎn)生光譜以及獲得時間和空間信息。該組合系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和時間分辨測量能力已經(jīng)被證明具有廣泛的應(yīng)用范圍和前景。

對于光譜學(xué)家和顯微學(xué)專家而言，材料發(fā)光壽命數(shù)據(jù)的研究是一種非常強大的分析工具，因為它可以洞察分子、復(fù)合物、納米顆?；虬雽?dǎo)體的激發(fā)態(tài)動力學(xué)。熒光或磷光壽命是發(fā)光物質(zhì)的固有特征。它表征了物質(zhì)在返回基態(tài)之前保持電子激發(fā)態(tài)的時間。每種發(fā)射物質(zhì)都有其特征的發(fā)光壽命，該壽命可能受其環(huán)境影響。通過結(jié)合樣品發(fā)光信號的光譜和時間信息通?？梢院芎玫亓私鈽悠分邪l(fā)生的動態(tài)過程。甚至可以通過引入空間信息更深入了解該過程。從樣品的多個確定點獲取穩(wěn)態(tài)和時間分辨的光譜數(shù)據(jù)以及幫助推斷結(jié)構(gòu)與光物理的關(guān)系。

FluoTime300：PL研究的高端光譜儀

FluoTime 300是一款模塊化的高性能光致發(fā)光（PL）光譜儀，用于全自動穩(wěn)態(tài)和時間分辨測量（圖1）。得益于其靈活的設(shè)計和多樣化的附件種類，該光譜儀可以簡單且經(jīng)濟高效地方式適應(yīng)特定的樣品和測量要求。由于FluoTime 300支持時間相關(guān)單光子計數(shù)（TCSPC）或多通道測量（MCS）技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集，使其可測量的發(fā)光衰變壽命范圍從幾ps到幾秒鐘不等。多種單光子檢測器可供選擇，且具有多種簡便可更換的光源可選（包括皮秒脈沖和連續(xù)激光器，脈沖LED和氙氣燈），可提供從紫外到近紅外的寬光譜范圍。該光譜儀可以在激發(fā)和發(fā)射路徑上都配備雙單色儀。正因為具有其極高的雜散光抑制能力（使用標準水拉曼測試，信噪比為29000：1（rms）），F(xiàn)luoTime 300還可以用于研究具有極強散射的樣品，具有極高的靈敏度和時間分辨率。可以通過光譜儀的圖形用戶界面對發(fā)射端雙單色儀進行加法和減法模式切換控制。加法模式非常適合需要高光譜分辨率的應(yīng)用，可以達到高達0.15 nm的光譜分辨率。在減法模式下，時間分辨率可以顯著提高，從而可以測量非常短的發(fā)光壽命。選擇適當?shù)募ぐl(fā)光源，TCSPC電子設(shè)備和檢測器，可以實現(xiàn)低于60 ps的儀器響應(yīng)函數(shù)（IRF）。所有儀器操作均可使用EasyTau2系統(tǒng)軟件進行控制。該軟件的應(yīng)用程序向?qū)Э芍笇?dǎo)用戶完成典型測量任務(wù)所需的優(yōu)化步驟，熟悉此技術(shù)的專家都可以使用具有完整儀器控制的定制測量模式。在使用集成腳本語言進行腳本數(shù)據(jù)采集時，能輕松地執(zhí)行更復(fù)雜的應(yīng)用任務(wù)，例如在不同溫度下，在時間分辨的衰減和穩(wěn)態(tài)光譜之間進行夜間交替測量或常規(guī)過程的自動化測量。

EasyTau2軟件集成分析和擬合模塊來分析所有時間分辨的測量數(shù)據(jù)，該模塊具有全局衰減分析和迭代重卷積（最多四階）分析對測量數(shù)據(jù)進行擬合，實現(xiàn)最小非線性誤差。此功能使FluoTime 300成為研究材料科學(xué)中多種類型的光致發(fā)光樣品理想分析平臺。

FluoMic附件

圖2. FluoMic附加組件包括一個專用的樣品安裝單元（A），一系列預(yù)對準的光纖（B）和光纖耦合器（C）和光纖輸出耦合器（D）單元，這兩個耦合器可以連接到各種顯微鏡（此處顯示的是Olympus BX43）

一般在許多情況下，材料表征（例如半導(dǎo)體或太陽能電池）需要以空間分辨率在各個點測量其光物理性質(zhì)。但是，通常不需要在較大的樣品區(qū)域上進行掃描，只需在多個位置進行單點測量就足夠。比如，FluoMic附件（圖2）能提供一種快速、簡便和可靠的方法將FluoTime 300光譜儀的功能帶到具有微米級大小且可定位觀察體積的樣品上。在光譜儀一側(cè)，F(xiàn)luoMic的安裝僅需將專用安裝單元插入樣品室即可，因為預(yù)先對準了光纖，F(xiàn)luoTime 300的脈沖光源和CW光源均可用于激發(fā)位于外部設(shè)備中的樣品。此外，F(xiàn)luoMic還具有特殊的顯微鏡光纖耦合器單元，可以連接到各種顯微鏡，例如Olympus BX43。

應(yīng)用舉例

A. 熒光標準品的穩(wěn)態(tài)光譜

在此模式下，使用來自Starna Scientific（英國）的SFG和SFO聚合物參考塊測量激發(fā)和發(fā)射光譜。使用配備了FluoMic附加組件、氙燈作為激發(fā)源、20倍物鏡和50/50分束器的FluoTime 300記錄穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜和激發(fā)光譜，為了進行對比，在相同的條件下使用帶傳統(tǒng)樣品架的FluoTime 300進行光譜數(shù)據(jù)的測量。

所有記錄的光譜如圖3所示，綠色顯示為SFG的數(shù)據(jù)，橙色為SFO的數(shù)據(jù)。線圖表示使用FluoMic附件獲得的激發(fā)和發(fā)射光譜（分別為實線和虛線）。實心圓和空心圓分別表示使用常規(guī)樣品架獲得的激發(fā)和發(fā)射光譜數(shù)據(jù)。兩組光譜相同且與Starna報告的曲線一致。

圖.3.熒光聚合物參考嵌段SFG（綠色）和SFO（橙色）的激發(fā)和發(fā)射光譜。 使用FluoMic附件獲得的光譜顯示為線（實線：激發(fā)；虛線：發(fā)射），使用常規(guī)樣品架獲得的光譜為圓圈（實心圓：激發(fā)；空心圓：發(fā)射）

B. 太陽能電池的時間分辨PL

圖. 4.從點1（a）和2（b）獲得的光致發(fā)光衰減。 紅色曲線是使用20倍物鏡獲得，黑色曲線是40倍物鏡獲得。

運用FluoMic附加組件的FluoTime 300非常適合研究半導(dǎo)體或太陽能電池的光物理特性。在此示例中，測量了基于銅銦鍺硒（CIGS）太陽能電池的穩(wěn)態(tài)和時間分辨光譜。電池以Mo背觸點開始堆疊，在1.5 μm厚的CIGS層，50 nm CdSe緩沖層和150 nm iZnO層，最后以300 nm厚的ITO觸點覆蓋。同時頂部觸點上方層疊有銀網(wǎng)格，實驗記錄了兩個點的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜和PL衰減：一個靠近銀柵格線，另一個大致位于兩線的中間位置，分別從該樣本中記錄了穩(wěn)態(tài)和時間分辨數(shù)據(jù)，它們均以560 nm皮秒脈沖激光模塊（VisUV-560）用作激發(fā)源。

FluoMic附加組件配有10/90分束器（激發(fā)/探測）和20倍或40倍物鏡。變化光斑尺寸對于檢查PL是否與激發(fā)光功率密度相關(guān)很有用。在兩個點處獲得了相同的發(fā)射光譜：最大發(fā)射波長為1250 nm的無特征寬波段，并且這些穩(wěn)態(tài)光譜也不受物鏡變化的影響。但是物鏡變化顯著影響了1250 nm處記錄的發(fā)光衰減，如圖4所示。在位置2處差異甚至更大，不僅平均壽命明顯變短，而且衰減曲線的形狀也發(fā)生了很大的變化。該示例強調(diào)，能夠從定義明確的激發(fā)/檢測區(qū)域獲取數(shù)據(jù)可以提供對結(jié)構(gòu)與光物理行為之間關(guān)系的更深入的了解。當使用常規(guī)光譜儀研究此類樣品時，由于發(fā)光信號是在較大區(qū)域（通常為1 mm2或更大）上平均，因此此信息不容易獲得。

文章結(jié)論

帶有FluoMic附加組件的FluoTime 300光譜儀可快速輕松地對位于光譜儀外部的各種固體樣品進行穩(wěn)態(tài)和時間分辨PL測量。這種結(jié)合擴展了FluoTime 300的功能和能力，可以從定義明確的觀察點收集數(shù)據(jù)，而不受樣品上位置的限制。

參考文獻

1S. Trautmann, V. Buschmann, S. Orthaus, F. Koberling, U. Ortmann, and R. Erdmann,Application Note on Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) in Confocal Microscopy Applications, PicoQuant, 2012.

2See https://www.picoquant.com/products/category/fluorescence-spectrometers/fluotime-300-high-performance-fluorescence-lifetime-spectrometer for the detailed description of the FluoTime 300 spectrometer and its specifications.

3M. Wahl, Technical Note on Time-Correlated Single Photon Counting, PicoQuant, 2014.

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