邵明立

荧光和荧光寿命分子包含多个单能态S0、S1、S2… 和三重态T1… ，每个能态都包含多个精细的能级。正常情况下，大部分电子处在*低能态即基态S0 的*低能级上，当分子被光束照射，会吸收光子能量，电子被激发到更高的能态S1 或S2 上，在S2 能态上的电子只能存在很短暂的时间，便会通过内转换过程跃迁到S1 上，而S1 能态上的电子亦会在极短时间内跃迁到S1 的*低能级上，而这些电子会存在一段时间后通过震荡弛豫辐射跃迁到基态，这个过程会释放一个光子，即荧光。此外，亦会有电子跃迁至三重态T1 上，再由T1 跃迁至基态，我们称之为磷光。荧光特性研究荧光特性时，主要在以下几方面进行分析：激发光谱，发射光谱、荧光强度、偏振荧光、荧光发光量子产率、荧光寿命等。其中荧光寿命（Fluorescence Lifetime）是指荧光分子在激发态上存在的平均时间（纳秒量级）。荧光寿命测试荧光寿命一般在几纳秒至几百纳秒之间，如今主要有两类测试方法：时域测量和频域测量时间稳定性实验测试曲线：1 时域测量由一束窄脉冲将荧光分子激发至较高能态S1，接着测量荧光的发射几率随时间的变化。其中目前广泛应用的是时间相关单光子计数，即TCSPC(Time Correlated Single Photon Counting)时间相关单光子计数(TCSPC) 实现了从百ps-ns-us 的瞬态测试，此方法对数据的获取完全依赖快速探测器和高速电路。用统计的方法计算样品受激后发出的第一个( 也是*一的一个) 光子与激发光之间的时间差，也就是下图的START( 激发时刻) 与STOP( 发光时刻) 的时间差。由于对于Stop 信号的要求，所以TCSPC 一般需要高重复频率的光源作为激发源，其重复至少要在100KHz 以上，多数的光源都会达到MHz 量级；同时，在一般情况下还要对Stop 信号做数量上的控制，做到尽量满足在一个激发周期内，样品产生且只产生一个光子的有效荧光信号，避免光子对的出现。2 频域测量对连续激发光进行振幅调制后，分子发出的荧光强度也会受到振幅调制，两个调制信号之间存在与荧光寿命相关的相位差，因此可以测量该相位差计算荧光寿命。 左图为正弦调制激发光（绿色）频域显示，发射光信号（红色）相应的相位变化频域显示。右图为对应不同寿命的调制和相位的频域显示。TM- 调制寿命，TP- 相位寿命。[1]显微荧光寿命成像技术（FLIM）显微荧光寿命成像技术（Fluorescence Lifetime ImagingMicroscopy，FLIM）是一种在显微尺度下展现荧光寿命空间分布的技术，由于其不受样品浓度影响，具有其他荧光成像技术无法代替的优异性能，目前在生物医学工程、光电半导体材料等领域是一种重要的表征测量手段。FLIM 一般分为宽场FLIM 和激光扫描FLIM。宽场FLIM（Wide Field FLIM,WFM）该技术是用平行光照明并由物镜聚焦样品获得荧光信号，再由一宽场相机采集荧光成像。宽场FLIM 常用于快速获取大面积样品成像。时域或是频域寿命采集都可以应用在宽场成像FLIM 上。宽场FLIM 有更高帧率和低损伤的优势。2 激光扫描FLIM（Laser Scanning FLIM,LSM）激光扫描FLIM 是针对选定区域内的样品逐点获取其荧光衰减曲线，再经过拟合最终合成荧光寿命图像。相比宽场FLIM，其在空间分辨率、信噪比方面有更大的优势。扫描方式有两种：一种是固定样品，移动激光进行扫描，一种是固定激光，电动位移台带动样品移动进行扫描。显微荧光寿命成像系统RTS2-FLIM应用材料科学领域宽禁带半导体如GaN、SiC 等体系的少子寿命mapping 测量量子点如CdSe@ZnS 等用作荧光寿命成像显微镜探针钙钛矿电池/LED 薄膜的组分分析、缺陷检测铜铟镓硒CIGS，铜锌锡硫CZTS 薄膜太阳能电池的组分、缺陷检测镧系上转换纳米颗粒GaAs 或GaAsP 量子阱的载流子扩散研究生命科学领域细胞体自身荧光寿命分析自身荧光相对荧光标记的有效区分活细胞内水介质的PH 值测量局部氧气浓度测量具有相同频谱性质的不同荧光标记的区分活细胞内钙浓度测量时间分辨共振能量转移（FRET）：纳米级尺度上的远差测量，环境敏感的FRET 探针定量测量代谢成像：NAD(P)H 和FAD 胞质体的荧光寿命成像显微荧光寿命成像系统RTS2-FLIM应用案例1 用荧光分子对海拉细胞进行染色用荧光分子转子Bodipy-C12 对海拉细胞（宫颈癌细胞的一种） 进行染色。(a) 显微荧光寿命成像图，寿命范围1ns（蓝色）到2.5ns（红色）；(b) 荧光寿命直方图，脂肪滴的短寿命约在1.6ns 附近，细胞中其他位置寿命较长，在1.8ns 附近。用荧光分子转子的时间分辨测量*大的好处在于荧光寿命具备足够清晰的标签特性，且与荧光团的浓度无关。[2]2 金属修饰荧光金属修饰荧光：(a) 荧光寿命是荧光团到金表面距离的函数；(b) 用绿色荧光蛋白（GFP）标记乳腺腺癌细胞的细胞膜的共聚焦xz 横截面，垂直比例尺：5m；(c) b 图的FLIM 图，金表面附近的GFP 荧光寿命缩短。[2]3 钙钛矿太阳能电池下图研究中，展示了一种动态热风（DHA）制备工艺来控制全无机PSC 的薄膜形态和稳定性，该工艺不含有常规的有害反溶剂，可以在大气环境中制备。同时，钙钛矿掺有钡（Ba2+） 碱金属离子（BaI2:CsPbI2Br）。这种DHA 方法有助于形成均匀的晶粒并控制结晶，从而形成稳定的全无机PSC。从而在环境条件下形成完整的黑色相。经过DHA处理的钙钛矿光伏器件，在0.09cm小面积下，效率为14.85%，在1x1cm的大面积下，具有13.78%的*高效率。DHA方法制备的器件在300h后仍然保持初始效率的92%。4 MQWs 多量子阱研究在(a) 蓝宝石和(b) GaN 上生长的MQWs 的共焦PL mapping 图像。具有较小尺寸的发光团的最高密度是观察到在GaN 上生长的MQWs。在(c) 蓝宝石和(d)GaN 上生长的MQWs 的共焦TRPL mapping 图。仅对于在GaN 上生长的MQWs，强的PL 强度区域与较长PL 衰减时间的区域很好地匹配。在(e) 蓝宝石和(f)GaN 上生长的MQWs 在A 点和B 点测量的局部PL 衰减曲线，均标记在图中。对于在GaN 上生长的MQWs，点A 和B 之间的PL 衰减时间差更高。显微荧光寿命成像系统FLIM参数配置北京卓立汉光仪器有限公司提供的显微荧光寿命成像系统是基于显微和时间相关单光子计数技术，配合高精度位移台得到微观样品表面各空间分布点的荧光衰减曲线，再经过用数据拟合，得到样品表面发光寿命表征的影像。是光电半导体材料、荧光标记常用荧光分子等类似荧光寿命大多分布在纳秒、几十、几百纳秒尺度的物质的选择。参数指标：系统性能指标光谱扫描范围200-900nm最小时间分辨率16ps荧光寿命测量范围500ps-1μs@ 皮秒脉冲激光器空间分辨率≤1μm@100X 物镜@405nm 皮秒脉冲激光器荧光寿命检测IRF≤2ns配置参数激发源及匹配光谱范围（光源参数基于50MHz 重复频率）375nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：30ps，平均功率1.5mW，荧光波段：400-850nm405nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：25ps，平均功率2.5mW，荧光波段：430-920nm450nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：50ps，平均功率1.9mW，荧光波段：485-950nm488nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：70ps，平均功率1.3mW，荧光波段：500-950nm510nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：75ps，平均功率1.1mW，荧光波段：535-950nm635nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：65ps，平均功率4.3mW，荧光波段：670-950nm660nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：60ps，平均功率1.9mW，荧光波段：690-950nm670nm 皮秒脉冲激光器，脉宽：40ps，平均功率0.8mW，荧光波段：700-950nm科研级正置显微镜落射明暗场卤素灯照明，12V，100W5 孔物镜转盘，标配明场用物镜：10×，50×，100×监视CCD：高清彩色CMOS 摄像头，像元尺寸：3.6μm*3.6μm，有效像素：1280H*1024V，扫描方式：逐行，快门方式：电子快门电动位移台高精度电动XY 样品台，行程：75*50mm（120*80mm 可选），最小步进：50nm，重复定位精度：＜ 1μm光谱仪320mm 焦距影像校正单色仪，双入口、狭缝出口、CCD 出口，配置三块68×68mm 大面积光栅，波长准确度：±0.1nm，波长重复性：±0.01nm，扫描步距：0.0025nm，焦面尺寸：30mm(w)×14mm(h)，狭缝缝宽：0.01-3mm 连续电动可调探测器：制冷型紫外可见光电倍增管，光谱范围：185-900nm（标配，可扩展）光谱CCD（可扩展PLmapping）低噪音科学级光谱CCD（LDC-DD），芯片格式：2000x256，像元尺寸：15μm*15μm, 探测面：30mm*3.8mm，背照式深耗尽芯片，低暗电流，*低制冷温度-60℃ @25℃环境温度，风冷，最高量子效率值95%时间相关单光子计数器（TCSPC）时间分辨率：16/32/64/128/256/512/1024ps… … 33.55μs，死时间＜ 10ns，*高65535 个直方图时间窗口，瞬时饱和计数率：100Mcps，支持稳态光谱测试；OmniFluo-FM 荧光寿命成像专用软件控制功能：控制样品平移台移动，通过显微镜的明场光学像定位到合适区域，框选扫描区域进行扫描，逐点获得荧光衰减曲线，实时生成荧光图像等数据处理功能：自动对扫描获得的FLIM 数据，逐点进行多组分荧光寿命拟合（组分数小于等于4），对逐点拟合获得的荧光强度、荧光寿命等信息生成伪彩色图像显示图像处理功能：直方图、色表、等高线、截线分析、3D 显示等操作电脑品牌操作电脑，Windows 10 操作系统软件界面控制测试界面测试软件的界面遵循“All In One”的简洁设计思路，用户可在下图所示的控制界面中完成采集数据的所有步骤：包括控制样品平移台移动，通过显微镜的明场光学像定位到合适区域，框选扫描区域进行扫描，逐点获得荧光衰减曲线，实时生成荧光图像等。数据处理界面功能丰富的荧光寿命数据处理软件，充分挖掘用户数据中的宝贵信息。可自动对扫描获得的FLIM 数据，逐点进行多组分荧光寿命拟合（组分数小于等于4），对逐点拟合获得的荧光强度、荧光寿命等信息生成伪彩色图像显示。自主开发的一套时间相关单光子计数（TCSPC）荧光寿命的拟合算法，可对荧光衰减曲线中最多包含4 个时间组分的荧光过程进行拟合，获得每个组分的荧光寿命，光子数比例，计算评价函数和残差。TCSPC 荧光寿命通常并非简单的指数衰减过程，而是与光源及探测器相关的仪器响应函数（IRF）与荧光衰减过程相互卷积的结果，因此适当的拟合方法和参数选择对获得正确可靠的荧光寿命非常重要。该软件可导入实际测量的IRF 对衰减曲线进行卷积计算和拟合。但是大多数情况下， IRF 很难正确的从实验获得，针对这种情况，软件提供了两种无需实验获取IRF 的拟合方法：1.通过算法对数据上升沿进行拟合，获得时间响应函数IRF，然后对整条衰减曲线进行卷积计算和拟合得到荧光寿命。2.对于衰减时间远长于仪器响应时间的，可对衰减曲线下降沿进行直接的指数拟合。该软件经过大量测试，可以很好的满足各种场合的用户需求。MicroLED 微盘的荧光强度像（3D 显示）：

作为一套现代化、模块化的数据采集分析和成像系统，平面激光诱导荧光(PLIF) 是对燃烧实验进行诊断的独特工具。通过对燃烧自由基、污染物、燃料示踪剂等的测量，该系统可以对诸如燃料注入、点火现象和火焰锋面等现象进行研究，从而加深对燃烧过程的理解。PLIF 中的LIF- 激光诱导荧光(LIF) 技术LIF 技术的工作原理为：调谐激光波长，使激光的光子输出频率和燃烧场内待探测离子的某一对上下能级间的跃迁频率相同，形成共振吸收，将下能态粒子泵浦到上能态，当相应的上能态粒子向下跃迁时，会产生荧光信号，然后通过分析荧光信号的强度或光谱形态，获得燃烧场内探测分子浓度、分布及温度等燃烧参量信息。激光诱导荧光LIF 技术对燃烧诊断的优点调谐激光实现待测分析或离子的共振吸收，选择性激发荧光，选择性探测荧光，极大的提升探测灵敏度与信噪比。可通过后数据分析获得被探测分子浓度，分布场和温度等丰富的燃烧参量信息。该系统具有如下特点1、激光辅助光学诊断，是光学非侵入式燃烧组分分析与成像的手段， 配套标准化光学测试系统，可用于航空航天、先进能源等燃烧过程检测2、集成一体式可调谐染料激光系统，稳定，易操作，易维护3、宽动态范围的高灵敏度的影像强化ICCD 实现纳秒级别的影像或光谱采集4、PLIF 系统具有亚纳秒级的同步时间精度5、具有系统搭建、数据采集、数据分析、结果可视化的完整软件平台6、系统具备燃烧自由基LIF 和燃料示踪剂LIF 的专用分析软件7、可实现单组份及多组份测试需求8、可根据用户实际需求， 提供个性化光学实验方案9、可扩展离子图像测速技术（PIV）平面激光诱导荧光（PLIF）PLIF: (Planar Laser Induced Fluorescence) 即所谓的“平面激光诱导荧光”，平面激光诱导荧光实验系统为二维测量系统。如下图所示：实验中通过柱面透镜，将激光光束厚度进行整形，形成激光片（laser sheet）, 激光片穿过火焰与火焰相交，形成一个二维截面，通过光学成像的办法，测量火焰中探测粒子的二维荧光图像，从而求出探测粒子在火焰中的浓度分布及温度场的分布等信息。小结：平面激光诱导荧光PLIF 是在LIF 基础上，将激光整形成片状光，切入到燃烧场内，从而激发并探测二维的燃烧场信息。 本公司代理ICCD 拍摄的PLIF 图像OH LIF, CO LIF, reaction rate (RR), temperature (T),and mixturefraction (f)平面激光诱导荧光（PLIF）系统架构&bull 染料激光系统：可以根据测试对象的不同，调谐输出不同的输出波长与能量；&bull 激光整形与传输光路：用于把激光变成可以用于PLIF 系统的片状光；&bull 探测系统：根据要求采用合适的ICCD，进行适当的延迟后得到特定时刻的荧光信息；同时还可以加上光谱仪等设备，进行光谱分析，以便得到更丰富的信息；&bull 时序控制装置：对整个实验的时序进行控制；&bull 附属设备：附属设备主要包括用于搭建光路所必须采用的光学平台，光具座，调整架以及反射镜，激光功率能量计等光学配件；&bull 数据采集与分析软件：可以对温度以及浓度场进行分析研究。PLIF图像处理框图配套推荐设备分项参数可调谐染料激光器及片光源整形传输光路&bull 激发波长：220-780nm 连续可调，可以根据要求延展到200-4500nm&bull 线宽： 0.06cm-1&bull 单脉冲能量：110mJ@560nm&bull 柱面镜焦距：50mm&bull 球形聚焦透镜：焦距500mm&bull 片光厚度：0.1-0.3mm&bull 重复频率：10Hz常用激发波长对应测试自由基及本设备对应激光能量时间延迟同步装置&bull 时间延时范围：0-2000s&bull 时间延迟精度5ps&bull 延迟同步通道：4 通道，可根据要求延展到8 通道超快探测器本公司提供多种纳秒超快探测器ICCDiStar 系列ICCD 采用高品质二代或三代像增强器，采用光纤锥高效耦合科学级CCD。 iStar 系列影像ICCD 是目前高端科研市场上应用*为广泛的带有时间闸门的增强型CCD。真实光学门宽小于2ns，该系列产品主要用于燃烧过程、生物发光机制、化学反应过程等研究领域，利用其信号增强功能和时间闸门控制特点，实现极弱信号采集、纳秒时间分辨影像捕捉等实验功能。主要特点&bull 18mm 或25mm 像增强器可选&bull 提供P43 和P46 两种类型的荧光屏&bull *短时间闸门宽度: 2ns( 真正光学闸门宽度)&bull 光阴极重复频率高达500KHz&bull 半导体制冷温度-40℃&bull 内置多通道数字延时发生器，可轻松同步多台设备&bull 内置数字延迟发生器&bull 10ps 的延迟分辨率&bull *低的传输延迟:19ns&bull In telligateTM 微通道板与光阴极实现同步门控，在深紫外段也保持1:108的开关比&bull USB2.0 计算机接口技术参数指标:附件选项:C 接口适配器、F 接口适配器、水冷机IntelligateTM: 优化 的 UV-VUV 区域门控技术( 标准配置)iStarCMOS 相机，更高帧率！ANDOR 的*新的iStar sCMOS 系列像高灵敏度瞬态探测器可提供要求高分辨率，高帧频以及纳秒时间分辨测试的解决方案。2560×2160 分辨率的探测器广泛应用于时间分辨实验的应用领域，例如等离子体分析。做PLIF 实验测试时，可满足快速瞬态现象采集实验，提供多兆赫兹读出速度，USB3.0 接口，以及配置一台完全集成的、软件控制的数字延时脉冲发生器。该系列探测器可应用于各种复杂的试验中，可通过软件对时间和增益进行控制，二代及三代像增强器可配合各种入射窗口光阴极材料。&bull USB3.0 接口: 即插即用&bull 550 万像素高分辨率sCMOS&bull 50 帧每秒全幅帧频，203 帧@512*512 ROI&bull 内置脉冲延时发生器: 功能软件可控&bull 光学快门: 小于2ns 的真实光学门宽&bull *低的插入延时: *低19ns&bull 独特PIV 模式: 两幅连拍*小间隔200ns&bull IntelligateTM 微通道板与光阴极实现同步门控: 紫外关断比优于10-8:1&bull 光阴极开关速率高达500kHz: 高速激光实验中，增加信噪比&bull 独特的Crop 模式: 专门的采集模式，实现*快的图像采集速度&bull GII 及GIII 像增强器可选&bull 热电制冷*低0℃ C: 理想的低光应用领域&bull 实时控制: 用户界面实时采集优化&bull 光阴极干燥气体吹扫端口: 减小EBI，适用于微光测试领域技术参数指标:附件选项:C 接口适配器、F 接口适配器、水冷机行业**的影像采集速度超快多通道模式读出速度通道数( 中心垂直 )通道高度(h 像素数 )通道间隔(d 像素数 )*快帧速fps212121,967220201,37021547726520121222220202013550121289502020542568052

仪器简介：由于其最高温度为1650℃，且炉膛较大，高温烧结炉非常适合烧结半透明氧化锆。电动升降台大大简化了高温炉的装料。圆柱形炉膛采用环绕式加热，确保良好的温度均匀性。配备了由二硅化钼制成的特殊加热元件，几乎避免了炉料和电炉部件之间的化学反应。将烧结材料放置在由技术陶瓷制成的装料盘中。LHT 01/17 LB Speed最多可放置两个批量容器，每层可容纳15个单冠。LHT 02/17 LB Speed最多可以放置三层装料盘，每层可容纳25个单冠，从而保证了高生产力。高温烧结炉还具有干燥功能和强制冷却功能。干燥时，电炉在加热到限定温度时保持打开间隙并因此确保可靠地去除水分。为了加速冷却，炉子在程序控制下逐步自动打开。根据使用的批次和装料盘，这些高温炉可以实现不到两个半小时的总工艺时间。所有的氧化锆制造商提供的所有推荐的烧结曲线都可进行单独编程。技术参数：主要特点： 最高温度1650℃炉膛容积达1升或2升，工作台面积大用二硅化钼制成的高档特种加热元件在炉料和加热元件之间具有非常好的防化学反应的性能炉膛采用3（LHT 02/17 LB Speed）面或4（LHT 01/17 LB Speed）面加热设计，具有温度均匀性非常好提供一套用于装载一层物料的装料套件。更多层的装料套件是额外配置。工作台采用按键控制的高精度齿形皮带电驱动装置快速冷却功能从一个预先设定好的温度开始，逐步自动打开炉顶有排气口S型热电偶可以自由用于所有主要厂商的锆块烧结需求快速型带干燥功能。启动程序后，工作台被驱动至干燥的位置，并在500℃时自动关闭 带触摸屏操作的控制器P580（50个程序，每个程序有40个程序段），带2个预设的示例程序 额外配置带有可调节切断温度的超温限制器，作为温度限制器以保护烘箱和装料可叠放装料容器，取决于炉型，最多可装两层或三层料