CN209400422U - 一种量子产率的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于量子产率技术领域，提供了一种量子产率的测试装置，包括用于发出激发光的光源，用于接收所述激发光，对所述激发光的进行反射，并根据用户发出的控制指令对所述激发光的入射角度进行调节的可旋转角度反射镜模块，用于接收所述激发光，并输出对应的光束的积分球，所述积分球内还设有用于放置待测材料的样品台，以及用于接收所述积分球发出的光束，并对所述积分球发出的光束进行检测的光学探测模块，保证了测试数据均在同一环境下取得，避免了因为测试环境不同而产生的误差，解决了传统测定量子产率的方法中，在探测激发光的光谱和激发光透射光谱时的测量状态存在差异，导致测定的量子产率出现一定的误差的问题。

Description

一种量子产率的测试装置

技术领域

本申请实施例属于量子产率技术领域，尤其涉及一种量子产率的测试装置。

背景技术

量子产率是评价发光材料性能的重要参数。量子产率的测定，主要利用光谱仪探测积分球内的激发光光谱、光致发光光谱、激发光的透射光谱，通过计算发射的光子总数与吸收的光子数的比值得到，其中，发射的光子数可通过测量光致发光光谱得到，吸收的光子数为激发光的光子数与透射的激发光光子数之差。

然而，传统测定量子产率的方法中，在探测激发光的光谱和激发光透射光谱时的测量状态存在差异，导致测定的量子产率出现一定的误差。

实用新型内容

本申请实施例提供一种量子产率的测试装置，旨在解决传统测定量子产率的方法中，在探测激发光的光谱和激发光透射光谱时的测量状态存在差异，导致测定的量子产率出现一定的误差的问题。

本申请实施例提供了一种量子产率的测试装置，包括：

用于发出激发光的光源；

用于接收所述激发光，对所述激发光的进行反射，并根据用户发出的控制指令对所述激发光的入射角度进行调节的可旋转角度反射镜模块；

用于接收所述激发光，并输出对应的光束的积分球；以及

与所述积分球的出口连接，用于接收所述积分球发出的光束，并对所述积分球发出的光束进行检测的光学探测模块；

其中，所述积分球内还设有用于放置待测材料的样品台。

可选的，所述测试装置还包括：

用于接收所述可旋转角度反射镜模块反射后的激发光，并对所述激发光聚焦处理的聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述可旋转角度反射镜模块与所述积分球之间。

可选的，所述可旋转角度反射镜模块，包括：

用于接收所述激发光，并对所述激发光进行反射的光学反射镜；

所述光学反射镜连接，用于固定所述光学反射镜的反射镜支杆；以及

与所述反射镜支杆连接，用于通过所述反射镜支杆调整所述光学反射镜的角度的电动旋转台。

可选的，所述可旋转角度反射镜模块还包括：

与所述电动旋转台连接，用于根据用户发出的控制指令对所述电动旋转台进行旋转的电机。

可选的，所述光源包括：

用于发出第一光束的氙灯；

用于接收所述第一光束，并从所述第一光束中分离出预设波长的第二光束的单色仪；以及

用于接收所述第二光束，并对所述第二光束转换为平行的激发光的准直透镜。

可选的，所述第一光束为复合光。

可选的，所述光学探测模块为光电倍增管单点探测器。

可选的，所述积分球的内壁涂覆的材料包括氧化镁和硫酸钡中的至少一项。

可选的，所述样品台与所述积分球的入口之间的距离等于所述积分球的直径。

本申请实施例提供了一种量子产率的测试装置，包括用于发出激发光的光源，用于接收所述激发光，对所述激发光的进行反射，并根据用户发出的控制指令对所述激发光的入射角度进行调节的可旋转角度反射镜模块，用于接收所述激发光，并输出对应的光束的积分球，所述积分球内还设有用于放置待测材料的样品台，以及用于接收所述积分球发出的光束，并对所述积分球发出的光束进行检测的光学探测模块，通过将待测材料放入积分球内部，先获取激发光的激发光光谱，然后将激发光照射在待测材料上，获取待测材料的光致发光光谱以及激发光的透射光谱，从而使得在探测激发光光谱、光致发光光谱以及透射光谱时无需取出待测材料，保证了测试数据均在同一环境下取得，避免了因为测试环境不同而产生的误差，解决了传统测定量子产率的方法中，在探测激发光的光谱和激发光透射光谱时的测量状态存在差异，导致测定的量子产率出现一定的误差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例提供的量子产率的测试装置的结构示意图；

图2为本申请的另一个实施例提供的量子产率的测试装置的结构示意图；

图3是本申请的一个实施例提供的可旋转角度反射镜模块的结构示意图；

图4是本申请的一个实施例提供的激发光照射到积分球内壁的示意图；

图5是本申请的一个实施例提供的激发光照射到待测材料表面的示意图；

图6是本申请的一个实施例提供的激发光照射到待测材料表面时的激发光光谱、透射光谱以及光致发光光谱的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

在一个实施例中，图1为本实施例中的一种量子产率的测试装置所采用的量子产率测试装置，如图1所示，本实施例中的量子产率的测试装置包括：

通用于发出激发光的光源11；

用于接收所述激发光，对所述激发光的进行反射，并根据用户发出的控制指令对所述激发光的入射角度进行调节的可旋转角度反射镜模块40；

用于接收所述激发光，并输出对应的光束的积分球60，其中，所述积分球60内还设有用于放置待测材料的样品台61；以及

用于接收所述积分球发出的光束，并对所述积分球发出的光束进行检测的光学探测模块70，所述光学探测模块70与所述积分球60的出口连接。

由于激发光的入射角度有一定的偏转，其未能照射在样品表面，而是照射在积分球底部的白板，激发光在积分球60内部发生均匀的漫反射。从而通过积分球60的出口发出，因此，通过在积分球的出口设置光学探测模块70即可探测从积分球的出口发出的光束的光谱。

在一个实施例中，用户可以预先将待测材料放入积分球60内的样品台61上，并在光源11生成激发光后，通过可旋转角度反射镜模块40将激发光照射到积分球60的内壁，此时，光学探测模块70对激发光的激光光光谱进行检测，然后通过可旋转角度反射镜模块40调整激发光进入积分球60的入射角度，使得激发光照射在待测材料表面，从而获取待测材料的光致发光光谱以及所述激发光通过待测材料后的透射光谱，在整个测试流程中，无需频繁的将待测材料取出和放入，避免了待测材料在积分球内测试状态的不一致性。

在本实施例中，调整所述激发光的入射角度可以通过调整可旋转角度反射镜模块40角度对激发光入射到积分球60的入射角度进行调节。

参见图2，在一个实施例中，所述测试装置还包括：

用于接收所述可旋转角度反射镜模块40反射后的激发光，并对所述激发光聚焦处理的聚焦透镜50，所述聚焦透镜50设置于所述可旋转角度反射镜模块40与所述积分球60之间。

在本实施中，通过聚焦透镜50可以将激发光聚焦，从而使得进入积分球60内的激发光可以完全照射到样品表面。

图3为本申请的一个实施例提供的可旋转角度反射镜模块40的结构示意图，参见图3，在一个实施例中，所述可旋转角度反射镜模块40，包括：

用于接收所述激发光，并对所述激发光进行反射的光学反射镜41；

所述光学反射镜41连接，用于固定所述光学反射镜的反射镜支杆42；以及

与所述反射镜支杆42连接，用于通过所述反射镜支杆42调整所述光学反射镜41的角度的电动旋转台43。

在本实施例中，电动旋转台43可以顺时针或者逆时针旋转，带动光学反射镜41旋转一定的角度，从而改变激发光入射进入积分球60角度，使激发光偏离待测材料或者照射在待测材料表面。

在一个实施例中，所述可旋转角度反射镜模块40还包括：

与所述电动旋转台43连接，用于根据用户发出的控制指令对所述电动旋转台43进行旋转的电机。

参见图2，在一个实施例中，所述光源11包括：

用于发出第一光束的氙灯10；

用于接收所述第一光束，并从所述第一光束中分离出预设波长的第二光束的单色仪20；以及

用于接收所述第二光束，并对所述第二光束转换为平行的激发光的准直透镜30。

氙灯10用于发出第一光束，当第一光束进入单色仪20的入射狭缝后，由光学准直透镜30汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)，利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝，从而发出激发光。

在本实施例中，光学准直透镜30是将单色仪20输出的发散单色光进行收集并准直成一束平行光。

在一个实施例中，光学准直透镜30通过衍射光栅色散为分开的单个波长。

在一个实施例中，氙灯10发出的第一光束为复合光。

在一个实施例中，光学探测模块70可以为光电倍增管(Program Map Table，PMT)单点探测器。

在一个实施例中，所述积分球60的内壁涂覆的材料包括氧化镁和硫酸钡中的至少一项。

在本实施例中，积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等。球壁上开一个或几个窗孔，用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。积分球的内壁应是良好的球面，通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2％。球内壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。该材料包括氧化镁和硫酸钡中的至少一项，将它和胶质粘合剂混合均匀后，喷涂在内壁上。

在一个实施例中，本实施例中的待测材料可以为发光材料。

在一个实施例中，所述样品台61与所述积分球60的入口之间的距离等于所述积分球的直径。

图4为本申请的一个实施例提供的激发光照射在积分球内壁的示意图，如图4所示，电动旋转台43顺时针旋转一定角度，激发光进入积分球3，由于激发光的入射角度有一定的偏转，其未能照射在样品表面，而是照射在积分球底部的白板，激发光在积分球内部发生均匀的漫反射，进入积分球60内部的激发光从积分球60的出口发出后通过光学探测模块7测出光束的光谱。虽然定义此处的旋转方向为顺时针，但是旋转方向根据实际光路布局有关，不限制顺时针方向。

图5为本申请的一个实施例提供的激发光照射在待测材料表面的示意图，如图5所示，电动旋转台43逆时针旋转一定角度，激发光通过聚焦透镜50，进入积分球60。由于激发光的入射角度有一定的偏转，其恰能照射在待测样品表面，激发待测样品产生光致发光光谱。使用光学探测模块70，测出光致发光光谱、激发光的透射光谱。虽然定义此处的旋转方向为逆时针，但是旋转方向根据实际光路布局有关，旋转方向与图3所述的旋转方向相反即可。

图6为本申请的一个实施例提供的一种待测材料的光致发光光谱、激发光光谱以及激发光的透射光谱的光谱示意图，如图6所示，该光谱示意图的横轴为波长，光谱示意图中的纵轴为光谱绝对能量分布，激发光偏离待测样品时，激发光没有被待测样品吸收，探测得到的激发光强度很大。激发光照射在待测样品时，激发光能量被待测样品吸收，待测样品产生光致发光光谱。激发光能量被吸收之后，变为激发光透射光光谱，其波长仍与激发光保持一致。

在一个实施例中，所述根据所述激发光光谱、所述光致发光光谱以及所述透射光谱生成所述待测材料的量子产率，包括：

将所述激发光光谱、所述光致发光光谱以及所述透射光谱通过预设量子产率关系式生成量子产率，所述预设量子产率关系式为：

η＝Ne/Na；

其中，η为所述待测材料的量子产率，Ne为所述光致发光光谱的光子数，Na为所述激发光光谱的光子数与所述透射光谱的光子数的差值。

在一个实施例中，所述根据所述激发光光谱、所述光致发光光谱以及所述透射光谱生成所述待测材料的量子产率，还包括：

按照预设波长范围分别从所述激发光光谱中获取预设激发光光谱波段、从所述光致发光光谱中获取预设光致发光光谱波段以及从所述透射光谱中获取预设透射光谱波段；

将所述预设激发光光谱波段与波长横轴之间的面积设为所述激发光光谱的光子数，将所述预设光致发光光谱波段与所述波长横轴之间的面积设为所述光致发光光谱的光子数，将所述预设透射光谱波段与所述波长横轴之间的面积设为所述透射光谱的光子数。

在本实施例中，该预设波长范围包括第一波长和第二波长，其中，第二波长大于第一波长，具体的，第二波长可以为预设波长范围的上限，第一波长可以为预设波长范围的下限。

在一个实施例中，通过选取图6中的中的预设波长范围，然后截取对应的光谱，计算各个光谱与横轴之间的面积，该面积即可以为各个光谱对应的光子数。例如，若预设波长范围为400nm-600nm，此时，第一波长为400nm，第二波长为600nm，计算各个光谱在400nm-600nm的面积，即可得到各个光谱对应的光子数

在一个实施例中，各个光谱与横轴之间的面积可以通过对各个光谱的光谱绝对能量进行积分得到。

在一个实施例中，所述将所述预设激发光光谱波段与波长横轴之间的面积设为所述激发光光谱的光子数，包括：

通过所述激发光光谱获取所述激发光光谱的能量值；

将所述激发光光谱的能量值通过预设的所述激发光光谱的光子数关系式计算所述激发光光谱的光子数，所述预设的所述激发光光谱的光子数关系式为：

Ea1＝h*c/λ；

△N＝P(λ)*△λ/Ea1；

其中，Ea1为所述激发光光谱的能量值，h为普朗克常量，c为光速，λ1为所述预设波长范围中的第一波长，λ2为所述预设波长范围中的第二波长，P(λ)为绝对功率，Na1为所述激发光光谱的光子数。

在一个实施例中，各个光谱与横轴之间的面积可以通过对各个光谱的光谱绝对能量进行积分得到。

在一个实施例中，所述将所述预设透射光谱波段与波长横轴之间的面积设为所述激发光光谱的光子数，包括：

通过所述透射光谱获取所述透射光谱的能量值；

将所述透射光谱的能量值通过预设的所述透射光谱的光子数关系式计算所述透射光谱的光子数，所述预设的所述透射光谱的光子数关系式为：

Ea2＝h*c/λ；

△N＝P(λ)*△λ/Ea2；

其中，Ea2为所述透射光谱的能量值，h为普朗克常量，c为光速，λ1为所述预设波长范围中的第一波长，λ2为所述预设波长范围中的第二波长，P(λ)为绝对功率，Na2为所述透射光谱的光子数。

在一个实施例中，Na为所述激发光光谱的光子数与所述透射光谱的光子数的差值，即Na＝Na1-Na2。

在一个实施例中，所述将所述预设光致发光光谱波段与所述波长横轴之间的面积设为所述光致发光光谱的光子数，包括：

通过所述光致发光光谱获取所述光致发光光谱的能量值；

将所述光致发光光谱的能量值通过预设的光致发光光谱的光子数关系式计算所述光致发光光谱的光子数，所述预设的光致发光光谱的光子数关系式为：

Ee＝h*c/λ；

△N＝P(λ)*△λ/Ee；

其中，Ee为所述光致发光光谱的能量值，h为普朗克常量，c为光速，λ1为所述预设波长范围中的第一波长，λ2为所述预设波长范围中的第二波长，P(λ)为绝对功率，Ne为所述光致发光光谱的光子数。

本申请实施例提供了一种量子产率的测试装置，通过将待测材料放入积分球内部，先获取激发光的激发光光谱，然后将激发光照射在待测材料上，获取待测材料的光致发光光谱以及激发光的透射光谱，并根据激发光光谱、光致发光光谱以及透射光谱生成待测材料的量子产率，从而使得在探测激发光光谱、光致发光光谱以及透射光谱时无需取出待测材料，保证了测试数据均在同一环境下取得，避免了因为测试环境不同而产生的误差，解决了传统测定量子产率的方法中，在探测激发光的光谱和激发光透射光谱时的测量状态存在差异，导致测定的量子产率出现一定的误差的问题。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种量子产率的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

用于发出激发光的光源；

用于接收所述激发光，对所述激发光的进行反射，并根据用户发出的控制指令对所述激发光的入射角度进行调节的可旋转角度反射镜模块；

用于接收所述激发光，并输出对应的光束的积分球；以及

与所述积分球的出口连接，用于接收所述积分球发出的光束，并对所述积分球发出的光束进行检测的光学探测模块；

其中，所述积分球内还设有用于放置待测材料的样品台。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括：

用于接收所述可旋转角度反射镜模块反射后的激发光，并对所述激发光聚焦处理的聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述可旋转角度反射镜模块与所述积分球之间。

3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述可旋转角度反射镜模块，包括：

用于接收所述激发光，并对所述激发光进行反射的光学反射镜；

所述光学反射镜连接，用于固定所述光学反射镜的反射镜支杆；以及

与所述反射镜支杆连接，用于通过所述反射镜支杆调整所述光学反射镜的角度的电动旋转台。

4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述可旋转角度反射镜模块还包括：

与所述电动旋转台连接，用于根据用户发出的控制指令对所述电动旋转台进行旋转的电机。

5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述光源包括：

用于发出第一光束的氙灯；

用于接收所述第一光束，并从所述第一光束中分离出预设波长的第二光束的单色仪；以及

用于接收所述第二光束，并对所述第二光束转换为平行的激发光的准直透镜。

6.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第一光束为复合光。

7.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述光学探测模块为光电倍增管单点探测器。

8.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述积分球的内壁涂覆的材料包括氧化镁和硫酸钡中的至少一项。

9.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述样品台与所述积分球的入口之间的距离等于所述积分球的直径。