CN101430278A - 一种测量光致发光体发光效率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的测量光致发光体发光效率的装置，包括带光纤输入端和输出端的积分球，与积分球输入端连接的光纤激光器和校准用标准灯，积分球内固定有样品台和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的挡扳，积分球的输出端与分光光度计输入端相连，分光光度计的输出端与电脑相连。本发明装置结构简单，采用积分球进行光通量测量，减少了外界环境对测量结果的影响，测量结果可靠、准确、稳定性好。本发明装置适用于液体、固体、粉体发光材料内量子效率和外量子效率的测量，通用性好。

Description

一种测量光致发光体发光效率的装置

技术领域

本发明涉及测量光致发光体发光效率的装置，属于光学测量技术领域。

背景技术

随着社会的进步和发展，研究光致发光材料的理论不断成熟，工艺不断完善，性能不断提高，光致发光材料在通信、照明、显示等各个领域发挥了重要作用。在通信领域：至今光纤通信已经发展到第五代的全光通信系统。全光通信的关键器件之一光放大器，最常用的是掺稀土光纤放大器(掺铒光纤放大器EDFA)，它的主要组成部分是掺杂稀土发光材料的光纤，光纤的性能、参数将直接影响通信质量的高低。在照明和显示领域：显示和照明是发光材料的两个最重要的应用领域，发光材料在这两个领域也一直发挥着重要的作用。近年来，显示和照明领域都出现了新的变化趋势。显示领域，多种平板显示技术正在迅速发展；照明领域，半导体照明技术异军突起。用稀土三基色荧光粉制造的荧光灯不仅在发光效率上较传统的普通照明光源有极大的提高，而且克服了传统电光源在发光效率和显色性上不能统一的缺点。2008年9月电子行业标准《半导体发光二极管用荧光粉》首次用外量子效率代替以往的相对亮度作为评价荧光粉的发光效率的高低。荧光量子产率，又称荧光量子效率，是指激发态分子中通过发射荧光而回到基态的分子占全部激发态分子的分数。量子产率取决于辐射和非辐射跃迁过程，即荧光发射、系间跨越、外转移和内转移等的相对速率。自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能型发光材料。因此对发光材料的荧光量子效率的测量和评价也成为了研制新型性能优良的发光材料的必经之路。

目前市场上存在的荧光量子效率测试方法和仪器主要是针对有机电致发光材料OLED、化学发光材料。对于光致发光效率的测量方法和装置目前国内尚未有该方面的研究，利用积分球方法测试光致发光材料荧光量子效率主要存在的问题有：(1)如何排除测量装置相对光谱灵敏度对测量结果产生的影响；(2)怎样使测量装置对不同样品包括液体、固体、粉体样品具有通用性；(3)发光材料内量子效率和外部量子效率的算法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量光致发光体发光效率的装置，以实现块状、液体、粉体光致发光材料的荧光内量子效率和外量子效率的测量。

本发明的测量光致发光体发光效率的装置，包括带光纤输入端和输出端的积分球，与积分球输入端连接的光纤激光器和校准用标准灯，积分球内固定有样品台和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳，积分球的输出端与分光光度计输入端相连，分光光度计的输出端与电脑相连。

为了减少挡板对测量结果的影响，可在档扳上涂覆与积分球内壁相同的涂料。

使用时，针对不同的样品选择不同的样品容器，固态样品选择块状样品夹具、粉状样品选择样品槽，液态样品选择样品池，将样品容器固定在样品台上。

首先，用标准灯校准本发明测量装置的相对光谱灵敏度S(λ)：这时积分球的样品容器不放样品，关闭光纤激光器，点亮标准灯，标准灯发出的光经过积分球输入到分光光度计，经分光光度计分光后由电脑输出标准灯的光谱功率分布I(λ)，标准灯的理论光谱功率分布为P(λ)，则本发明测试装置的相对光谱灵敏度S(λ)按公式(1)计算：

S(λ)＝I(λ)/P(λ)        (1)

然后，打开光纤激光器，关闭标准灯，样品容器仍不放样品，光纤激光器发出的光经过积分球输入到分光光度计分光，由电脑输出激发光谱La(λ)；接着在样品容器中放入样品，光纤激光器发出的光直接照射在样品上，产生的荧光光谱和剩余的激发光光谱经分光光度计分光，由电脑输出剩余的激发光谱Lb(λ)和荧光光谱Y(λ)。

按式(2)计算激发光发出的总的光子数A，

$A=\∫\frac{\mathrm{La}\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(2\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由样品的激发光波长决定。

按式(3)计算发光材料吸收的光子数B，

$B=\∫\frac{\mathrm{La}\left(\mathrm{\λ}\right)-\mathrm{Lb}\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(3\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由样品的激发光波长决定。

按式(4)计算发光材料发出的荧光光子数C，

$C=\∫\frac{Y\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(4\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由实际所需的样品的荧光光谱波长决定。

按式(5)计算发光材料的荧光内量子效率，

按式(6)计算发光材料的荧光外量子效率，

本发明装置结构简单，采用积分球进行光通量测量，减少了外界环境对测量结果的影响，测量结果可靠、准确。本发明装置适用于液体、固体、粉体发光材料内量子效率和外量子效率的测量，通用性好。

附图说明

图1是测量光致发光体发光效率的装置示意图。

图2是另一种测量光致发光体发光效率的装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参见图1，本发明提供的测量光致发光体发光效率的装置，包括带光纤输入端和输出端的积分球3，与积分球3输入端连接的光纤激光器1和校准用标准灯2，积分球3内固定有样品台5和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳9，积分球3的输出端与分光光度计10输入端相连，分光光度计10的输出端与电脑11相连。

在激光光功率过大，而样品容器中不放样品时，激光束将直接照射在积分球壳上，过高的激光功率密度和能量密度会导致积分球损坏，为降低激光功率密度和能量密度，避免积分球受损，可如图2所示，在积分球内的激光光路上设置反射凸面镜4。

测试光致发光体发光效率，具体步骤为：

第一步：针对不同的样品选择不同的样品容器，固态样品选择块状样品夹具、粉状样品选择样品槽，液态样品选择样品池，将样品容器固定在样品台上；

第二步：用标准灯校准测量装置的相对光谱灵敏度S(λ)；

第三步：样品容器先不放样品，用光纤激光器测量激发光谱La(λ)

第四步：样品容器放入样品，用光纤激光器测量样品产生的荧光光谱Y(λ)和剩余的激发光光谱Lb(λ)

第五步：按式(2)计算激发光发出的总的光子数A，

$A=\∫\frac{\mathrm{La}\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(2\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由样品的激发光波长决定。

按式(3)计算发光材料吸收的光子数B，

$B=\∫\frac{\mathrm{La}\left(\mathrm{\λ}\right)-\mathrm{Lb}\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(3\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由样品的激发光波长决定。

按式(4)计算发光材料发出的荧光光子数C，

$C=\∫\frac{Y\left(\mathrm{\λ}\right)}{s\left(\mathrm{\λ}\right)}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{hc}}\mathrm{d\λ}---\left(4\right)$

式中，h为普朗克常数，c为光速，积分范围由实际所需的样品的荧光光谱波长决定。

按式(5)计算发光材料的荧光内量子效率，

按式(6)计算发光材料的荧光外量子效率，

Claims (3)

1、一种测量光致发光体发光效率的装置，其特征是包括带光纤输入端和输出端的积分球(3)，与积分球(3)输入端连接的光纤激光器(1)和校准用标准灯(2)，积分球(3)内固定有样品台(5)和用于挡住发光材料发出的荧光不直接从积分球输出端射出的档扳(9)，积分球(3)的输出端与分光光度计(10)输入端相连，分光光度计(10)的输出端与电脑(11)相连。

2、根据权利要求1所述的测量光致发光体发光效率的装置，其特征是档扳(9)上涂有与积分球内壁相同的涂料。

3、根据权利要求1所述的测量光致发光体发光效率的装置，其特征是在积分球内的光路上设置反射凸面镜(4)。

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