一个欧洲研究小组发明了一种将短波红外光 (SWIR) 上转换为可见光的装置。该团队的全有机 SWIR 上转换装置由一种与有机发光二极管(OLED)显示器形式的可见发光单元集成在一起的SWIR 敏感的光电探测器组成。有机上转换装置 (OUC) 直接将 SWIR 转换为可见光子。它可能成为目前可用的无机、基于化合物的 SWIR 成像技术的低成本替代方案。

       SWIR 光有很多用途，从识别和分类损坏的水果，到检查硅片，再到锐化夜视。SWIR 光电探测和成像还支持机载遥感和机器视觉解决方案。

       然而，瑞士联邦材料科学与技术实验室 (EMPA)、洛桑联邦理工学院 (ÉPFL)、苏黎世联邦理工学院和锡耶纳大学的研究人员表示：“到目前为止，SWIR相机一直基于昂贵的电子设备。工业用标准 SWIR 相机的平均成本约为 7000 瑞士法郎，或者超过 7500 美元。”

       研究人员试图为消费者和低端应用提供 SWIR 成像仪，以避免对昂贵的中间电子设备的需求。

       研究团队生产的 OUC 有一个有机红外光电探测器，可以吸收红外光，产生电子和空穴。电子移动到正极，空穴通过探测器的传输层进入 OLED。在 OLED 内部，空穴与通过负电极注入的电子结合。通过这种复合过程，发射出可见光。在两个电极之间施加的电压越高，红外光产生的电荷就越容易迁移到 OLED 中并重新结合。

       OUC 不需要电子信号处理；相反，入射的不可见的 SWIR 光被放大并直接显示在 OLED 屏幕上。通过选择 OLED 中的染料，可以进行调整发出的可见光的颜色（蓝色、绿色、黄色或红色）。

       研究人员合成了一系列称为方酸的有机染料，以获得具有选择性光吸收的染料，这些染料可以很好地扩展到 SWIR 波长范围。在实验中，有机光电探测器显示了超过 30% 的外部光子-电流效率。当光电探测器与荧光 OLED 相结合时，其结果是具有长期稳定性的OUC，峰值灵敏度在 1020 nm，扩展到 1200 nm 以上。

        OUC 的特点是在没有 SWIR 光的情况下暗亮度非常低，在SWIR 光存在的情况下，其开启电压低至2V。研究人员在他们的论文中说，低暗亮度是 OUC 的一个重要性能指标。在环境光线下，人眼几乎无法察觉到暗亮度水平。

        研究人员说：“因此，即使是很小的 SWIR 光引起的亮度也会产生高的图像对比度，可以在视觉上与（黑色）背景清晰地区分”。

       一般情况下，可以在大面积柔性基板上通过低成本制造工艺制造OUC。并且可以在室温下操作。在正在进行的合成工作中，研究人员计划通过增加供体强度并在方酸核上使用不同的受体，以对方酸核进行了化学改性，从而可以对染料进行光学调谐，将染料吸收进一步移动到 SWIR 范围内。

       在设计和开发 OUC 时，该团队还使用了窄带聚次甲基染料。研究人员表示，与胶体量子点吸收剂相比，窄带聚次甲基染料的一个主要优点对可见光吸收很小。这就产生了具有选择性 SWIR 响应的上转换器。
 

 

光电探测器的结构：红外光电探测器类似于多层夹层。红外光被有机光电探测器吸收，产生发射可见光的电荷。光电探测器光强：在两个电极之间施加可变电压。电压越高，红外光产生的电荷就越容易迁移到 OLED 中并在那里重新组合，从而发出可见光。吸水性：在可见光范围内，水不吸收的光线，因此呈无色。然而，它确实在 760 到 2000 nm 之间有一些突出的吸收带。由 EMPA 提供。

 

       EMPA 研究员 Roland Hany 说：“目前，我们正在研究吸收波长在 1000 nm 以下的染料” ， “但我们已经在努力将吸收转移到更长的波长，进一步进入红外范围。如果我们成功了，我们的传感器将能够比现在更好地检测水和湿度。” SWIR 光使潮湿的物体（如水果和其他食物）看起来更暗，这使得石头和金属物体等杂质沿着传送带移动时，在湿度较大物体之间发出明亮的光芒。

       该研究发表在《Science and Technology of Advanced Materials》上 ( www.doi.org/10.1080/14686996.2021.1891842 )。

 

       消息来源：https://www.photonics.com/Articles/Optical_Device_Uses_Organic_Detector_Dyes_LEDs/a67492