中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
抚顺煤精属于褐煤变种, 煤化程度低, 其主要构成部分是植物体的有机残体, 其显微组分主要包括凝胶体、 团块腐植体、 木质结构体、 树脂体和纤维素。 东坑料、 腰坑料和西坑料煤精品质依次降低, 其密度却依次增大, 分别为1.193、 1.196和1.289 g·cm-3, 而包含的树脂体含量依次减少, 占比分别为30%、 25%和10%。 在荧光显微镜下观察抚顺煤精, 结果发现抚顺煤精中可以产生荧光的组分有树脂体和木质结构体, 其中树脂体存在两种不同的类型, 分别是α-树脂体和β-树脂体, 而木质结构体的含量较少。 α-树脂体形状多呈纺锤形, 表面不平整, 轮廓不平滑； β-树脂体表面均一, 形状多呈圆形、 椭圆形或纺锤形, 轮廓较为清晰。 总体而言, α-树脂体的含量要低于β-树脂体, 且尺寸更小, 其荧光强度明显高于β-树脂体。 东坑料煤精的α-树脂体含量约10%, β-树脂体的含量约20%； 腰坑料煤精的α-树脂体含量约5%, β-树脂体的含量约20%； 西坑料煤精的α-树脂体含量约3%, β-树脂体的含量约7%。 对抚顺煤精中两种不同类型的树脂体进行光致发光光谱测试, 结果发现: α-树脂体和β-树脂体的光致发光光谱的谱峰均呈多峰, 且谱峰位置较为相近, 分别在411~412、 524~528、 551~553、 583、 600和625 nm处, 仅在强度上体现了较大的差别。 α-树脂体的λmax在525 nm附近, FWHM约120 nm, Q值的范围在0.459~0.899, 氧化程度相对较低； β-树脂体的λmax在553 nm附近, FWHM约180 nm, Q值的范围在0.919~1.30, 氧化程度相对较高。 与抚顺琥珀的荧光谱图进行对比, 抚顺琥珀的最大荧光波长λmax在434 nm附近, 比煤精中两种树脂体的λmax都要小, 而与树脂体在432 nm处的弱荧光峰位置较为接近。 实验表明抚顺煤精中树脂体的氧化程度高于琥珀, 因此在形成顺序上, 煤精先于琥珀。
煤精 树脂体 荧光 光致发光光谱 Jet Resinite Fluorescence Photoluminescence spectrum 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3180
1 浙江方圆检测集团股份有限公司, 浙江 杭州 310013
2 浙江科技学院信息与电子工程学院, 浙江 杭州 310023
应用紫外-可见(UV-Vis)漫反射、 拉曼(Raman)与光致发光(PL)光谱就当前市售的大小各异、 金色饱和度深浅不一的珍珠其致色属性予以对比分析。 结果表明: 基于珍珠UV-Vis漫反射光谱特征的差异将金黄色珍珠初分为两种类型: Ⅰ型珍珠其谱图在(360±5) nm处存在吸收带、 在(420±10) nm处存在较弱的吸收峰或肩, 该类珍珠为当前珍珠销售市场较为常见的自身致色珍珠; 除Ⅰ型珍珠外, 将其他金黄色系珍珠归属为Ⅱ型, 其对应的UV-Vis反射光谱主吸收峰可位于340～430 nm区间, 部分Ⅱ型样品在280～600 nm无明显吸收或仅存在较弱的吸收肩。 进一步就Ⅱ型珍珠予以Raman光谱检测, 在激发强度较低时经处理的Ⅱ型黄色珍珠在150～1 000 cm-1区间可产生较强的荧光峰, 且荧光峰的强度明显高于文石约1 086 cm-1处的特征峰。 同时, 上述经处理的Ⅱ型珍珠对应的PL光谱同样表明在500～600 nm区间的荧光强度显著增大。 此外, 部分经处理的珍珠其Raman 或PL光谱中可见与珍珠组成成分无关的特征峰位。 上述珍珠的Raman与PL光谱中出现的异常荧光与外来特征峰可作为珍珠经处理的佐证依据。 课题工作为当前金黄色珍珠颜色的形成属性及仿珍珠的鉴定提供理论与技术支撑, 同时对于Raman光谱在其他类宝玉石、 特别是有机宝石的检测鉴定中具有重要的借鉴意义。
黄色珍珠 天然色 处理色 紫外-可见漫反射光谱 拉曼光谱 光致发光光谱 Yellow pearl Natural-color Treated-color UV-Vis diffuse reflectance spectrum Raman spectroscopy Photoluminescence spectroscopy 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1703
1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
3 昆山杜克大学自然与应用科学学部, 江苏 昆山 215316
金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时, 在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2, 能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率。 本工作利用光致发光(PL)光谱技术, 对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征, 研究了通H2生长对量子阱界面的调控效应及其发光效率提升的物理机制。 室温PL光谱结果显示, GaN势垒层生长载气中引入2.5%的H2使InGaN/GaN多量子阱的发光效率提升了75%、 发光峰的峰位蓝移了17 meV、 半峰宽(FWHM)减小了10 meV。 通过功率依赖的PL光谱特征分析, 我们对InGaN/GaN量子阱中的量子限制Stark效应(QCSE)和能带填充(Band Filling)效应进行了清晰的辨析, 发现了发光峰峰位和峰宽的光谱特征主要受QCSE效应影响, H2的引入能够大幅度降低QCSE效应, 并且确定了QCSE效应被完全屏蔽情况下的发光峰能量为2.75 eV。 温度依赖的PL光谱数据揭示了通H2生长量子阱结构中显著减弱的载流子局域化行为, 显示界面质量提高有效降低了限制势垒的能量波动, 从而导致更窄的发光峰半峰宽。 PL光谱强度随温度的变化规律表明, 通H2生长并不改变量子阱界面处的非辐射复合中心的物理本质, 却能够显著减少非辐射复合中心的密度, 有助于提升量子阱的发光效率。 通过时间分辨PL光谱分析, 发现通H2生长会导致量子阱结构中更短的载流子辐射复合寿命, 但不影响非辐射复合寿命。 载流子复合寿命的变化特征进一步确认了通H2生长对量子阱结构中QCSE效应和非辐射复合中心的影响规律。 综合所有PL光谱分析结果, 我们发现通H2生长能够提高InGaN/GaN多量子阱的界面质量、 显著减弱应力效应(更弱的QCSE效应)、 降低限制势垒的能量波动以及减少界面处非辐射复合中心的密度, 从而显著提升量子阱的发光效率。 该研究工作充分显示了PL光谱技术对半导体量子结构发光性能的精细表征能力, 光谱分析结果能够为InGaN/GaN多量子阱生长提供有价值的参考。
InGaN/GaN多量子阱 光致发光光谱 量子限制Stark效应 载流子局域化 载流子复合寿命 InGaN/GaN MQWs Photoluminescence spectroscopy Quantum-confined Stark effect Carrier localization Carrier recombination lifetime 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1179
碲镉汞材料的电学、光学性能直接影响红外探测器的性能，掺杂是一种有效提高材料性能的手段，因此碲镉汞材料的相关掺杂研究至关重要。利用步进式扫描傅里叶红外调制光致发光(Fourier Transform Infrared Modulated Photoluminescence, FTIR-PL)测试仪对不同退火条件下的掺In碲镉汞材料进行了变温测试，降低了实验过程中的信噪比，获得了较好的光谱图。在此基础上结合霍尔测试结果，分析了由温度变化导致的能级位置变化以及不同退火条件处理后碲镉汞材料的发光峰强度和位置的变化。
分子束外延 掺In碲镉汞 光致发光光谱 载流子浓度 变温 MBE In-doped HgCdTe photoluminescence spectrum carrier concentration variable temperature
1 浙江方圆检测集团股份有限公司，浙江 杭州 310013
2 浙江科技学院信息与电子工程学院，浙江 杭州 310023
在室温下分别以405、532、785 nm为激发波长对典型化学气相沉积法（CVD）合成钻石的拉曼（Raman）光谱特征进行了对比研究。结果表明：1）同一激发波长下，钻石及其中的光学缺陷对应的Raman特征峰随着激光能量的增大更趋明显，且对应的特征峰位不随激光能量的增大而频移。同为Ⅱ型钻石，因不同颗钻石中的杂质元素的赋存不同或钻石后期的处理方式的差异导致同一激发波长下其对应的Raman谱图存在一定的差异；2）不同激发波长下，同一颗钻石的Raman光谱中在1332 cm-1处均存在特征峰。同时，归属钻石的Raman本征峰并不随激发波长的改变而发生频移。相反，钻石中的杂质或经钻石自身后期处理等因素引起的光学缺陷的呈现形态与激发波长的选用密切关联。该研究工作对应用Raman光谱对钻石晶体结构信息进行表征及区分钻石的本征峰与其中的光学缺陷特征峰具有重要的指导意义。
光谱学 合成钻石 化学气相沉积 拉曼光谱 光致发光光谱 激发波长 光学缺陷 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2330002
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京石油化工学院新材料与化工学院, 北京 102617
3 北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102627
ZnO是第三代半导体的代表之一, 可作为紫外光致发光与多共振模式激光的载体, 尤其以光学气化过饱和析出法(OVSP)制备的ZnO微米晶近年来在光催化、 高效多彩光源、 高效电致发光等方面显示出重要优势, 但其制备成本较高、 生产效率低下, 阻碍了其大规模器件化的发展。 针对上述问题, 基于有限元分析的结果, 设计并搭建了一套工作波长在1 080 nm, 功率18%(@2500W)激光加热的微米晶生长装置。 以ZnO为原料验证了所研制装置的可行性与实用性。 结果表明, 该装置制备产物与OVSP法制备产物在形貌、 结构、 发光性能上非常接近, 生产效率得到极大提高(~500%)。 利用研制的生长装置, 成功制备出了具有完整六边形截面形貌的富受主型ZnO单晶微米棒, 其直径约为3.8 μm, 长度达10~20 μm。 通过拉曼光谱发现, ZnO微米棒的拉曼峰清晰尖锐, 位于437 cm-1处的拉曼峰对应模式, 所制备微米棒为结晶性较好的六方纤锌矿结构。 通过对ZnO微米棒荧光光谱的分析, 发现其与OVSP法所制备的ZnO微米管具有类似的紫外双峰结构, 表明微米棒内存在大量与锌空位(VZn)相关的受主缺陷。 在80~280 K范围内, 随着温度升高, ZnO微米棒的荧光发光峰强度出现“热猝灭-负热猝灭-热猝灭”的反常行为。 研究发现, 在166~200 K范围内出现的负热猝灭行为与导带底以下477 meV处存在的中间态能级(陷阱中心)有关, 在200~280 K范围内出现的热猝灭现象与导带底以下600 meV处非辐射复合中心有关。 两者的出现与所制备的ZnO微米棒氧空位(VO)缺陷相关。 所研制的激光生长装置具有较高的可行性与实用性, 该制备方法为富受主型ZnO单晶微米棒的快速批量生长奠定了技术基础, 同时对其在光电器件领域的应用也具有重要意义。
ZnO微米晶 激光材料加工 拉曼光谱 光致发光光谱 ZnO microcrystal Laser material processing Raman spectrum PL spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3000
中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
爱迪生珍珠和珈百丽珍珠为近年来相继问世的优质淡水有核珍珠, 分别酷似南洋珠和AKOYA珍珠, 如何区分白色珍珠、 金色珍珠、 黑色珍珠及银灰色珍珠的类型和颜色成因, 成为目前检测机构棘手的难题。 对132颗不同类型的白色系、 黄色系、 黑色系、 灰色系天然呈色珍珠与染色或辐照改色的各类珍珠进行了系统的PL光谱测试分析, 结果表明不同类型的珍珠PL光谱有重要鉴别特征, 尤其是PL光谱中荧光背景强度(F)与565 nm文石主峰强度(A)比值F/A, 可有效区分不同类型白色珍珠以及黑色、 金色银灰色珍珠的颜色成因。 (1)白色南洋珠F/A值多集中于1附近, 白色爱迪生珍珠与白色珈百丽珍珠具有类似的PL光谱与F/A值变化范围, 但大部分样品出现631 nm发光峰, F/A值多集中于2; 白色AKOYA珍珠的F/A值大于10。 (2)金色南洋珠的F/A值多集中于1.6, 变化范围较小, 染金色南洋珠与染金色爱迪生珍珠F/A值基本都大于4。 (3)深灰色体色Tahiti黑珍珠没有特征的发光峰, 但随着颜色加深, 逐渐出现617 nm处发光峰, 黑色体色Tahiti黑珍珠具有稳定的有机卟啉相关的617和650 nm处发光峰; 而绝大部分染色、 辐照的黑色珍珠样品并未出现明显的荧光背景增强现象, 但缺失617和650 nm处发光峰。 (4)天然呈色银灰色AKOYA样品F/A值都小于3, 而染色和辐照成因的银灰色AKOYA的F/A值都明显高(1.79~144), 并且因改色方式不同, 存在一定的变化范围。
光致发光光谱 珍珠 南洋珠 AKOYA珍珠 淡水珍珠 Photoluminescence spectra Pearl South Sea cultured pearl AKOYA pearl Freshwater nucleated cultured pearl
中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
近年来, 墨西哥蓝珀备受欢迎, 在市场上占有量越来越大。 红蓝料琥珀作为蓝珀的品种之一, 因其表层通常具有一层褐红色的氧化皮层, 内层琥珀在紫外光下具有蓝绿色荧光, 被称为“红皮蓝珀”。 但墨西哥琥珀中的红蓝料由于形成条件的限制非常稀少。 通过宝石学常规测试、 显微放大观察、 傅里叶红外光谱和光致发光光谱等, 对墨西哥红蓝料琥珀的宝石学特征和谱学特征进行研究, 并与墨西哥的黑皮料琥珀展开对比研究。 墨西哥红蓝料琥珀红皮常呈微透明, 内部为半透明—微透明, 红皮厚度不均, 由黑色点状包裹聚集流动组成。 长波紫外灯下红皮部分显示弱至无的荧光, 内部显示较强的蓝色荧光。 红外光谱中墨西哥红蓝料红皮部分位于1 723和1 233~1 046 cm-1处的吸收峰分别是由含氧基团C=O及C—O所致, 由—CH3所致的吸收峰位于2 928 cm-1, 其中含氧基团C=O是使红蓝料琥珀呈现红色的生色团。 红蓝料琥珀红皮部分C=O峰与—CH3峰的吸收强度比约为4/5, 而内部约为2/5~1/2, 红蓝料琥珀表层红皮部分的氧化程度较内部强, 并且红蓝料琥珀内部氧化程度高于黑皮料内部。 光致发光光谱结果表明红蓝料琥珀的红皮部分和内层的发光中心不同, 红皮部分以562和506 nm为发光中心, 而内层大多以467和472 nm为发光中心。 随着氧化程度的增加, 发光中心逐渐红移, 荧光强度明显降低, C=O对墨西哥红蓝料琥珀的荧光起到了淬灭作用。 黑皮料琥珀内部特征谱峰具489和466 nm两个宽的发光中心, 黑皮料琥珀内部的荧光强度较红蓝料琥珀更高。 该研究为墨西哥红蓝料琥珀的鉴别提供了依据, 有助于墨西哥红蓝料琥珀与其他产地、 其他品种琥珀的区分, 具有重要的理论意义和市场运用价值。
红蓝料琥珀 墨西哥 红外光谱 光致发光光谱 荧光 Red blue amber Mexico Infrared spectroscopy Photoluminescence spectroscopy Fluorescence 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2618
1 浙江方圆检测集团股份有限公司, 浙江 杭州 310013
2 浙江工业大学材料科学与工程学院, 浙江 杭州 310014
采用紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-Vis)反射光谱并结合405 nm为激发光源的光致发光(photoluminescence, PL)光谱对海水养殖的黑色系珍珠进行较系统的光谱采集、 比对, 以期探究天然色黑色珍珠在上述光谱中的异同特性。 结果表明: (1)基于UV-Vis反射光谱中250~800 nm区间的谱图特征, 首次将黑色系珍珠的UV-Vis反射特性归类为四大类, 即①在约400, 500和700 nm处均存在吸收峰; ②在约400和500 nm两处存在吸收峰; ③在约400和700 nm两处存在吸收峰; ④在约500和700 nm两处存在吸收峰; (2)在405 nm激发光源下, 黑色珍珠的PL光谱在约620, 653和677 nm处皆出现特征吸收, 上述各吸收峰位在其他类别的淡海水珍珠的PL光谱中未曾见有具体报道。 且有趣的是, 首次发现黑色珍珠的PL光谱中约677 nm处的特征吸收峰表现出较强的光敏特征, 即随着激发光源辐照时间的延长, 该处吸收峰的强度渐弱甚至消失。 研究结果可为黑色系珍珠其颜色形成属性的鉴定、 判断提供理论与技术支撑。
海水养殖黑色珍珠 紫外-可见吸收光谱 分类 光致发光光谱 辐照 Seawater cultured black pearl Ultraviolet-visible reflectance spectra Classify Photoluminescence spectra Irradiation 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2781
