Våglängdsförskjutare
En våglängdsskiftare är ett fotofluorescerande material som absorberar fotoner med högre frekvens och avger fotoner med lägre frekvens. Materialet absorberar en foton och avger en eller flera fotoner med lägre energi. Relaxationstiden för den exciterade molekylen är vanligtvis i storleksordningen nanosekunder.
Ansökningar
Våglängdsskiftare används ofta inom partikelfysik för att samla in scintillations- eller Cherenkov- ljus i partikeldetektorer . Material, såsom akrylslag eller optiska fibrer , är vanligtvis antingen dopade med våglängdsförskjutande molekyler eller belagda med våglängdsförskjutande färg.
Våglängdsförskjutningsteknologi är av särskilt intresse för supernova- neutrinodetektorer med låg bakgrund som IceCube , Super-Kamiokande eller dess efterföljare Hyper-Kamiokande . Här erbjuder våglängdsskiftare två fördelar: Eftersom dessa typer av detektorer är baserade på emissionen av Cherenkov-fotoner av superluminösa sekundära partiklar från neutrinointeraktionen, är det fördelaktigt att absorbera fler fotoner i UV -området och flytta dem till det synliga området som kan detekteras av konventionella PMT :er. . Dessutom, med våglängdsförskjutare kan större uppsamlingsområden täckas priseffektivt jämfört med vanliga PMT-baserade sensorer. Ett exempel på en sensor som använder sig av våglängdsförskjutningsteknologi är den våglängdsförskjutande optiska modulen (WOM) som är tänkt för en förlängning av IceCube-detektorn.
Vidare kan våglängdsförskjutande material användas för att öka effektiviteten hos en fotovoltaisk cell (solcell) genom att ändra en "för hög" energifoton till flera "lagom" energifotoner.
Förutom den vetenskapliga tillämpningen används ibland våglängdsförskjutare för att uppnå UV-beständighet hos plast istället för absorbatorer. Våglängdsförskjutare används också för att flytta UV-ljus till det synliga spektrumet i lysrör eller lysdioder , i de flesta fall görs detta med en fosfor som kan betraktas som en våglängdsförskjutare med en lång ( ms ) avkopplingstid.
Kemisk struktur
Organiska våglängdsskiftare innehåller vanligtvis en eller flera bensenring (ar) (t.ex. de:1,4-bis(2-metylstyryl)bensol eller p- terfenyl ) eftersom och bindningar här är användbara vid absorption/emission av fotonen och energitransporten inom molekylen. Modifieringar av molekylerna tillåter i vissa fall justering av acceptans- och emissionsvåglängdsregimen. Våglängdsförskjutningen sker på grund av Franck-Condon-principen , medan överskottsenergi vanligtvis förs bort i form av fononer .
De flesta organiska våglängdsförskjutare är plana molekyler, vilket orsakar en minskning av våglängdsförskjutningseffektiviteten när de kristalliseras på grund av energiutbyte mellan molekylerna. Aktuell forskning har också skapat 3-dimensionella våglängdsförskjutare som visar motsatt effekt eftersom sammanhopning begränsar energin som kan lagras som rotationsenergi. [ citat behövs ]
Spektrala egenskaper
Våglängdsförskjutare har vanligtvis många absorptions- och emissionslinjer som är tillräckligt breda för att skapa ett absorptions- och emissionsspektrum. Separationen mellan absorptions- och emissionsspektrum definieras av det så kallade Stokes-skiftet .
- ^ Hebecker, Dustin; Archinger, Markus Gerhard; Böser, Sebastian; Brostean-Kaiser, Jannes; Rosendo, Esther Del Pino; Lorenzo, Vincenzo Di; Duvernois, Michael; Falke, Peter Johannes; Fösig, Carl-Christian; Karg, Timo; Köpke, Lutz; Kowalski, Marek; Looft, Andreas; Sand, Krystina; Tosi, Delia (2016). "En våglängdsförskjutande optisk modul (WOM) för neutrinodetektorer i is" . EPJ Web of Conferences . 116 : 01006. Bibcode : 2016EPJWC.11601006H . doi : 10.1051/epjconf/201611601006 . S2CID 62790089 .
- ^ https://indico.cern.ch/event/482695/contributions/1159370/attachments/1226932/1796718/Status_11022016.pdf [ bar URL PDF ]
- ^ "Våglängdsförskjutare - Eljen-teknologi" .
- ^ Bauleo, P.; Goobar, A.; Rodrıguez Martino, J. (2000). "UV-förbättring av fotomultiplikatorsvar: en studie av våglängdsskiftare för AMANDA/IceCube-detektorn" . Kärntekniska instrument och metoder inom fysikforskning Avsnitt A: Acceleratorer, spektrometrar, detektorer och tillhörande utrustning . 443 (1): 136–147. Bibcode : 2000NIMPA.443..136B . doi : 10.1016/S0168-9002(99)01007-4 . ISSN 0168-9002 .
- ^ Williams, Dawn (2020). "Status och framtidsutsikter för IceCube Neutrino Observatory" . Kärntekniska instrument och metoder inom fysikforskning Avsnitt A: Acceleratorer, spektrometrar, detektorer och tillhörande utrustning . 952 : 161650. Bibcode : 2020NIMPA.95261650W . doi : 10.1016/j.nima.2018.11.109 . S2CID 126159545 .
- ^ Fukuda, S.; Fukuda, Y.; Hayakawa, T.; Ichihara, E.; Ishitsuka, M.; Itow, Y.; Kajita, T.; Kameda, J.; Kaneyuki, K.; Kasuga, S.; Kobayashi, K. (2003). "Super-Kamiokande-detektorn" . Kärntekniska instrument och metoder inom fysikforskning Avsnitt A: Acceleratorer, spektrometrar, detektorer och tillhörande utrustning . 501 (2): 418–462. Bibcode : 2003NIMPA.501..418F . doi : 10.1016/S0168-9002(03)00425-X . ISSN 0168-9002 .
- ^ Rott, Carsten; I, Seongjin; Retière, Fabrice; Gumplinger, Peter (2017). "Förbättrade fotonfällor för Hyper-Kamiokande" . Journal of Instrumentation . 12 (11): P11021. arXiv : 1708.01702 . Bibcode : 2017JInst..12P1021R . doi : 10.1088/1748-0221/12/11/P11021 . ISSN 1748-0221 . S2CID 76649758 .
- ^ Bastian-Querner, Benjamin; Binn, Lucas S.; Böser, Sebastian; Brostean-Kaiser, Jannes; Hebecker, Dustin; Helbing, Klaus; Karg, Timo; Köpke, Lutz; Kowalski, Marek; Peiffer, Peter; Pollmann, Anna (2021). "Den våglängdsförskjutande optiska modulen" . Sensorer . 22 (4): 1385. arXiv : 2112.12258 . Bibcode : 2022Senso..22.1385B . doi : 10.3390/s22041385 . PMC 8963010 . PMID 35214298 .
- ^ Rack-Helleis, John; Pollmann, Anna; Rongen, Martin (2021). "Den våglängdsförskjutande optiska modulen (WOM) för IceCube-uppgraderingen". 37:e internationella kosmiska strålkonferensen. 12-23 juli 2021. Berlin . 37:e internationella kosmiska strålkonferensen . sid. 1038. arXiv : 2107.10194 . Bibcode : 2022icrc.confE1038R .