CN109596578A - 控温的嵌入式光致发光测试平台 - Google Patents

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潘富林
曹顿华
郭向朝
李海兵
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Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation

Abstract

一种可控温的嵌入式光致激发发光测试平台，包括样品平台和激发光源；所述的发热体主要为电致发热器件，能有效安装样品，体积小，可快速升降温；激发光源主要为带聚焦系统和导光系统的LED发光装置或者半导体激光器，光源体积小，不影响发光测试；所述的发光平台具有多种结构，适合在不同光学测试仪器的配合安装。本发明具有结构简单、体积小、安装方便、性能稳定的特点，可用于多种光学测试设备的性能提升。

Description

控温的嵌入式光致发光测试平台
技术领域
本发明属于光学材料测试领域，特别是一种控温的嵌入式光致发光测试平台。
背景技术
当前光学材料领域发展迅速，尤其像激光照明、投影等高能量密度方向，单位平方毫米面积的光密度最高已到百瓦量级，各类材料尤其是荧光转化材料的实际工作温度会越来越高，有些甚至会在250摄氏度以上。由于发光材料在高温下存在热猝灭，材料的发光效率随温度增加会出现不同程度的下降，甚至完全失去发光能力，因此对于高能量密度下使用的材料，需对不同温度的发光性能进行表征，以减少偏差。但现有的光学性能测试设备，如积分球(光通量)、分光光度计(透过/吸收谱)和激发发射谱仪等基本都是常温测试。
前期在高能量密度光源和材料方面有已进行大量工作，如高密度LED光源结构及其制备方法(201610615452.X)，激光激发Ce∶YAG单晶与陶瓷的发光性能(中国激光，44卷，2017.10)，一种用于白光LED荧光转换的复合相透明陶瓷及其制备方法(201510067861.6)，所涉及的固态荧光材料及其高功率密度应用场合已对材料的高温工作性能提出了很高要求，但涉及高温状态下的数据仍有不足。由于直接更换设备涉及费用往往很大，设计一种小型的可直接嵌入到现有测试设备的可控温光致发光测试平台，对正在从事高能量密度材料和光源开发的企业和研究单位具有很强的实用价值。
发明内容
本发明提供一种控温的嵌入式光致发光测试平台，该光平台体积小，安装方便。可以快速方便安装到现有的光学测试设备中，如积分球(光通量)、分光光度计(透过/吸收谱)和激发发射谱仪等，实现室温到300℃的控温，并能实现快速升降温，可对不同状态的材料(固态/液态/粉末)进行不同温度的光致激发发射或者透过率等各项性能测试，如光通量、荧光转化效率、色温、高温透过率等。
本发明的技术方案如下：
一种控温的嵌入式光致发光测试平台，其特点在于包括样品平台和激发光源，所述的样品平台由发热体、金属外壳、绝缘层构成，所述的发热体置于所述的金属外壳内，所述的发热体与温度可调电源的控制系统相连，金属外壳的上表面用于贴合固定所述的待测样品，金属外壳的其他五面外包所述的绝热层，所述的金属外壳内部带导气孔，该导气孔的一端通过气管与气冷装置相连接，另一端为排气口，所述的激发光源出光方向对准所述的样品平台。
所述的发热体为电致发热器件,发热体为平面状，或环状,其中平面状发热体用于反射型测试,环状发热体用于透射型测试。
所述的发热体是电致发热器件，包括MCH陶瓷发热体或者普通金属发热体，由内安装的热电偶提供热源。
所述的激发光源为半导体激光器或者LED发光体，激发波长可根据需要调整或选择。
所述的LED激发光源采用透镜和导光柱结合的结构，避免光源装置遮挡样品发光，所述的导光柱为内壁具有高光反射率的圆筒结构，内壁反射率大于95％，导光柱的一端为LED芯片，导光柱的另一端面安装透镜，可实现照射到样品的光斑具有一定面积，且光强分布比较均匀，LED的发光强度由可调电源的输出电流调节。
所述的半导体激光器采用光纤结构，光纤输出端对准待测样品，激光光源本体置于测试系统外部，以减少对测试结果的影响，激光的发光强度由可调电源的输出电流调节。
所述的绝热层为气凝胶绝缘材质，绝缘层外覆盖有高反射率铝箔。
还有供粉末样品装入的粉末样品支架，该支架为多层格栅结构，可竖直安装。
还有供液体样品装入与样品台贴合的石英皿或石英管及其金属固定支架。本发明的技术效果如下：
本发明的发热体主要为电致发热器件，能有效安装样品，体积小，可快速升降温；激发光源主要为带聚焦系统和导光系统的LED发光装置或者半导体激光器，光源体积小，不影响发光测试；所述的发光平台具有多种结构，适合在不同光学测试仪器的配合安装。本发明具有结构简单、体积小、安装方便、性能稳定的特点，可用于多种光学测试设备的性能提升。
附图说明
图1是本发明控温的嵌入式光致发光测试平台基本结构示意图
图2是发热体结构
图3是LED光源系统结构
图4是粉末支架结构
其中：
1.发热体，2.金属外壳，3.绝缘层，4.激发光源，5.待测样品，6.导气孔，7.透镜，8.导光柱，9.发光芯片，10.热沉和太阳花，11.风扇，12.粉末样品台
具体实施方式
下面结合方案实施过程对本发明做进一步的说明，从而使本技术领域人员更好地理解本发明。
先请参阅图1、由图可见，本发明控温的嵌入式光致发光测试平台，包括样品平台和激发光源4，所述的样品平台由发热体1、金属外壳2、绝缘层3构成，所述的发热体1置于所述的金属外壳2内，所述的发热体1与温度可调电源的控制系统相连(图中未示)，金属外壳2的上表面用于贴合固定所述的待测样品5，金属外壳2的其他五面外包所述的绝热层3，所述的金属外壳2内部带导气孔6(参见图2)，该导气孔6的一端通过气管与气冷装置(图中未示)相连接，另一端为排气口，所述的激发光源4出光方向对准所述的样品平台。
实施例1，按下列步骤实施：
(1)根据方案要求，首先将金属钨或者钼锰浆料印刷在陶瓷流延坯体上，经过热压叠层，然后在1600℃氢气氛围保护下，陶瓷和金属共同烧结而成平面状MCH陶瓷发热体。再将电极部分引出线，以便与电源相接。
(2)机械加工金属壳，金属壳2的中部有镂空，便于将MCH陶瓷发热体1嵌入其中。并在金属壳2内部打三排圆柱状导气孔槽6，位置如图2所示，孔的方向与金属壳平行。
(3)把陶瓷发热体嵌入所述的金属壳中，并用高热导率导热胶填充空隙。
(4)金属壳2外包绝热层3，并留出直径二十五毫米圆形平面空间作为样品台。绝缘层3外覆盖有高反射率铝箔(图中未示)。
(5)粉末状样品的安装装置，采用金属材质。粉末样品台12.背面抛光，可以紧密贴合在样品台上，正面为多层格栅结构，确保在竖立测试时粉末样品能有一定的测试面积，如图4所示。
(6)LED激发光源4如图3所示。，采用455纳米大功率蓝光LED模块。LED发光芯片9的发光强度由可调电源的输出电流调节。LED热沉10为铜质柱体，顶端为太阳花结构，并配有一小型直流风扇11，用于LED散热。LED发光体的外侧安装导光柱8，其中导光柱8为内壁具有高光反射率的圆筒结构，内壁反射率大于95％。导光柱8的另一端面安装透镜7，光通透镜后适当聚焦，可实现照射到样品的光斑具有一定面积，且光强分布比较均匀，最后将出光面对准样品台面。
实施例2
与实施例1相似，但不同的是陶瓷发热体的形状与激发光源不同。
(1)根据方案要求，首先将金属钨或者钼锰浆料印刷在陶瓷流延坯体上，经过热压叠层，然后在1600℃氢气氛围保护下，陶瓷和金属共同烧结而成圆环状MCH陶瓷发热体1。再将电极部分引出线，以便与电源相接。
(2)与实施例1相同，依次按照实施例1中步骤2-5的步骤进行操作，完成样品台的设计制作。
(3)激发光源为LD，激光的发光强度由可调电源的输出电流调节。采用光纤导光结构，光纤输出端对准待测样品，光源设置于测试系统外部。
实验表明，本发明控温的嵌入式光致发光测试平台的发热体主要为电致发热器件，能有效安装样品，体积小，可快速升降温；激发光源主要为带聚焦系统和导光系统的LED发光装置或者半导体激光器，光源体积小，不影响发光测试；所述的发光平台具有多种结构，适合在不同光学测试仪器的配合安装。本发明具有结构简单、体积小、安装方便、性能稳定的特点，可用于多种光学测试设备的性能提升。

Claims (9)

1.一种控温的嵌入式光致发光测试平台，其特征在于包括样品平台和激发光源(4)，所述的样品平台由发热体(1)、金属外壳(2)、绝缘层(3)构成，所述的发热体(1)置于所述的金属外壳(2)内，所述的发热体(1)与温度可调电源的控制系统相连，金属外壳(2)的上表面用于贴合固定所述的待测样品(5)，金属外壳(2)的其他五面外包所述的绝热层(3)，所述的金属外壳(2)内部带导气孔(6)，该导气孔(6)的一端通过气管与气冷装置相连接，另一端为排气口，所述的激发光源(4)出光方向对准所述的样品平台。
2.根据权利要求1所述的光致激发发光平台，其特征在于，所述的发热体(1)为电致发热器件,发热体为平面状，或环状，其中平面状发热体用于反射型测试，环状发热体用于透射型测试。
3.根据权利要求2所述的光致激发发光平台，其特征在于，所述的发热体(1)是电致发热器件，包括MCH陶瓷发热体或者普通金属发热体，由内安装的热电偶提供热源。
4.根据权利要求1所述的光致激发发光平台，其特征在于，所述的激发光源(4)为半导体激光器或者LED发光体，激发波长可根据需要调整或选择。
5.根据权利要求4所述的光致激发发光平台，其特征在于，所述的LED激发光源采用透镜(7)和导光柱(8)结合的结构，避免光源装置遮挡样品发光，所述的导光柱(8)为内壁具有高光反射率的圆筒结构，内壁反射率大于95％，导光柱(8)的一端为LED芯片，导光柱的另一端面安装透镜(7)，可实现照射到样品的光斑具有一定面积，且光强分布比较均匀，LED的发光强度由可调电源的输出电流调节。
6.根据权利要求4所述的光致激发发光平台，其特征在于，所述的激光光源(4)采用光纤结构，光纤输出端对准待测样品(5)，激光光源本体置于测试系统外部，可减少对测试结果的影响，激光的发光强度由可调电源的输出电流调节。
7.根据权利要求1所述的光致激发发光平台，其特征在于，所述的绝热层(3)为气凝胶绝缘材质，绝缘层外覆盖有高反射率铝箔。
8.根据权利要求1至7任一项所述的光致激发发光平台，其特征在于，还有供粉末样品装入的粉末样品支架，该支架为多层格栅结构，可竖直安装。
9.根据权利要求1至7任一项所述的光致激发发光平台，其特征在于，还有供液体样品装入与样品台贴合的石英皿或石英管及其金属固定支架。
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