CN117783064A - 量子产率测试装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种量子产率测试装置以及测试方法，量子产率测试装置包括：发射单元，发射单元用于发射入射光线；积分球，积分球具有入射口以及出射口，入射口用于接收入射光线，出射口用于射出出射光线；采集单元，采集单元用于采集出射光线的光谱；其中，积分球内设置有可旋转的第一反射镜，第一反射镜具有第一工作位置以及第二工作位置；当第一反射镜位于第一工作位置时，入射光线沿背离出射口的方向传播，当第一反射镜位于第二工作位置时，入射光线沿朝向出射口的方向传播。本申请通过转动第一反射镜即可使入射光线是否照射样品，从而无需在测量过程中取出检测样品，降低了不同波段情况下荧光量子产率的测量难度。

Description

量子产率测试装置以及测试方法

技术领域

本申请涉及量子点技术领域，具体涉及一种量子产率测试装置以及测试方法。

背景技术

目前，量子点(Quantum Dot，QD)因其波长可调、色域宽、色纯度高等优势有望被应用于下一代新型显示上。由于量子点的量子限域效应，量子点表现出极佳的荧光特性，而反映荧光特性的参数通常采用荧光量子产率(Quantum Yield Of Fluorescence，PLQY)。荧光量子产率定义为发射光子数与激发光子数的比值，其从侧面反映了激子辐射复合的效率。因此荧光量子产率是量子点性能好坏的一个重要参数，尤其是在制备成薄膜，用做量子点发光二极管中的发光层时。

现有测量荧光量子产率的原理是采用氙灯作为连续光源，将样品放置在积分球中，选择特定激发波长光线照射样品，收集包括激发光波段和荧光发射光波段在内的不同波段的光强，然后将采集到的曲线与空白参比的荧光曲线做差值积分，激光波长被吸收的积分面积为激发光子数，荧光发射峰积分面积减去参比在荧光发射峰波段的积分面积为发射光子数，通过计算发射光子数与激发光子数的比值获得荧光量子产率。

然而，目前领域内并未关注过发射光线为不同波段情况下荧光量子产率的变化。由于不同的波段就需要重复上述测量步骤，根据激发波长的间隔划分，测量量子点材料在不同波段的荧光量子产率需要重复上百次上述测量过程，在这上百次测量过程中需要不断的取出样品以及放入样品，以获取空白光谱以及光线照射样品后的测量光谱，这导致了测量过程非常繁复，且容易导致测量不准确的现象。

发明内容

本申请提供一种量子产率测试装置以及测试方法，旨在解决不同波段情况下荧光量子产率难以测量的技术问题。

第一方面，本申请提供一种量子产率测试装置，包括：

发射单元，发射单元用于发射入射光线；

积分球，积分球具有入射口以及出射口，入射口用于接收入射光线，出射口用于射出出射光线；

采集单元，采集单元用于采集出射光线的光谱；

其中，积分球内设置有可旋转的第一反射镜，第一反射镜具有第一工作位置以及第二工作位置；

当第一反射镜位于第一工作位置时，入射光线在积分球内沿背离出射口的方向传播并照射所述积分球内的检测样品，当第一反射镜位于第二工作位置时，入射光线在积分球内沿朝向出射口的方向传播，入射光线绕过检测样品并经所述出射口射出。

在一些实施例中，当第一反射镜位于第一工作位置时，入射光线经第一反射镜反射并沿背离出射口的方向传播。

在一些实施例中，积分球内还设置有第二反射镜；

当第一反射镜位于第二工作位置时，入射光线经第二反射镜反射并朝向出射口的方向传播。

在一些实施例中，积分球内还设置有沿入射光线传播方向依次设置的第二反射镜以及第三反射镜；

当第一反射镜位于第二工作位置时，入射光线依次经第二反射镜、第三反射镜反射并朝向出射口的方向传播。

在一些实施例中，入射口指向积分球球心的方向与出射口指向积分球球心的方向相互垂直；

第二反射镜相对于入射光线的入射角与第三反射镜相对于入射光线的入射角满足如下关系式：

β＝α+45°

其中，α为入射光线相对于第二反射镜的入射角，β为入射光线相对于第三反射镜的入射角，且α小于45°。

在一些实施例中，第三反射镜位于积分球球心与出射口之间。

在一些实施例中，第一反射镜位于积分球的球心处。

在一些实施例中，采集单元用于采集预设波长范围内的出射光线的第一光谱；

其中，预设波长范围内至少包括两种单色光所对应的波长范围。

在一些实施例中，采集单元包括光栅以及多个光电探测器，每个光电探测器分别对应不同波长范围的出射光线。

在一些实施例中，多个光电探测器相对于光栅间隔排列布置，且多个光电探测器的排列方向与光栅的多个平行狭缝的排列方向平行。

在一些实施例中，光栅的刻线密度为300线/mm至1800线/mm。

在一些实施例中，采集单元还包括聚焦透镜，聚焦透镜设置于出射口与光栅之间。

第二方面，本申请提供一种量子产率测试方法，包括：

控制发射单元发射入射光线；

控制第一反射镜转动至第一工作位置，以使入射光线进入积分球后沿背离出射口的方向传播并照射检测样品；

通过采集单元采集积分球出射口射出的出射光线的测量光谱，出射光线包括检测样品经入射光线照射后激发的光线；

控制第一反射镜转动至第二工作位置，以使入射光线进入积分球后绕过检测样品并经所述出射口射出；

通过采集单元采集积分球出射口射出的出射光线的空白光谱；

根据测量光谱以及空白光谱，计算检测样品的量子产率。

在一些实施例中，控制发射单元发射入射光线的步骤包括：

根据第一反射镜的转动时间，确定入射光线的脉冲间隔时间；

根据采集单元的采集时间，确定入射光线的脉冲宽度；

根据测量次数、预设初始波长以及预设波长步长，确定入射光线的脉冲波长；

根据脉冲间隔时间、脉冲宽度以及脉冲波长，控制发射单元发射入射光线。

在一些实施例中，测量次数、预设初始波长、预设波长步长以及入射光线的脉冲波长满足如下关系式：

λ＝λ₀+i*λ₁

其中，λ为入射光线的脉冲波长，λ₀为预设初始波长，λ₁为预设波长步长，i为测量次数。

在一些实施例中，采集单元包括光栅以及多个光电探测器；

通过采集单元采集积分球出射口射出的出射光线的测量光谱的步骤包括：

通过多个光电探测器测量出射光线经光栅分光后预设波长范围内的测量光谱，每个光电探测器分别对应不同波长范围的出射光线。

本申请通过发射单元发射入射光线，当第一反射镜位于第一工作位置时，入射光线沿背离出射口的方向传播，并在照射积分球内的检测样品后从出射口射出，采集单元采集出射口的出射光线，得到测量光谱；当第一反射镜位于第二工作位置时，入射光线沿朝向出射口的方向传播，入射光线未照射检测样品并经出射口射出，采集单元采集出射口的出射光线，得到空白光谱，最终则可以根据测量光谱以及空白光谱计算检测样品的量子产率。由于在不同波段情况下进行荧光量子产率测量时，通过转动第一反射镜即可使入射光线是否照射到检测样品，从而无需在测量过程中取出检测样品，降低了不同波段情况下荧光量子产率的测量难度，有利于提升不同波段荧光量子产率的测量准确性。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例中提供的量子产率测试装置中第一反射镜位于第一工作位置的一个实施例示意图；

图2是本申请实施例中提供的量子产率测试装置中第一反射镜位于第二工作位置的一个实施例示意图；

图3是本申请实施例中提供的入射光线的一个实施例脉冲示意图；

图4是本申请实施例中提供的积分球光线传播的一个实施例示意图；

图5是本申请实施例中提供的积分球光线传播的另一个实施例示意图；

图6是本申请实施例中提供的积分球光线传播的另一个实施例示意图；

图7是本申请实施例中提供的积分球光线传播的另一个实施例示意图；

图8是本申请实施例中提供的第二反射镜以及第三反射镜的一个实施例光线传播示意图；

图9是本申请实施例中提供的多个光电探测器与单色光的一个实施例关联示意图；

图10是本申请实施例中提供的多个光电探测器与光栅的一个实施例排布示意图；

图11是本申请实施例中提供的量子产率测试方法的一个实施例流程示意图；

图12是本申请实施例中提供的发射单元发射入射光线的一个实施例流程示意图；

图13是本申请实施例中提供的红色量子点薄膜不同波长处量子产率的一个实施例变化趋势示意图；

图14是本申请实施例中提供的绿色量子点薄膜不同波长处量子产率的一个实施例变化趋势示意图；

图15是本申请实施例中提供的蓝色量子点薄膜不同波长处量子产率的一个实施例变化趋势示意图；

图16是本申请实施例中提供的量子产率测试系统的一个实施例模块示意图。

其中，1检测样品，10发射单元，11光源，12调制快门，20积分球，21入射口，22出射口，23第一反射镜，24第二反射镜，25第三反射镜，30采集单元，31光栅，311平行狭缝，32光电探测器，33聚焦透镜，40计算机；

201入射光线，202出射光线。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例提供一种量子产率测试装置以及测试方法，以下分别进行详细说明。

首先，参阅图1，图1示出了本申请实施例中量子产率测试装置中第一反射镜23位于第一工作位置的一个实施例示意图，图2示出了本申请实施例中量子产率测试装置中第一反射镜23位于第二工作位置的一个实施例示意图，其中，量子产率测试装置包括：

发射单元10，发射单元10用于发射入射光线201；

积分球20，积分球20具有入射口21以及出射口22，入射口21用于接收入射光线201，出射口22用于射出出射光线202；

采集单元30，采集单元30用于采集出射光线202的光谱；

其中，积分球20内设置有可旋转的第一反射镜23，第一反射镜23具有第一工作位置以及第二工作位置；

当第一反射镜23位于第一工作位置时，入射光线201在积分球20内照射积分球20内的检测样品1，当第一反射镜23位于第二工作位置时，入射光线201绕过检测样品1并经出射口22射出。

具体的，发射单元10用于发出入射光线201，以便于为积分球20内的检测样品1提供激发光线，使检测样品1被照射后发射荧光。其中，检测样品1可以为量子点发光二极管、有机发光二极管、有机光伏等光电器件的发光层材料，例如量子点薄膜。

在本申请的一些实施例中，发射单元10发出的入射光线201为固定波长的单色光，例如波长为350nm的红色光线。在本申请的一些实施例中，发射单元10发出的入射光线201为脉冲光线，入射光线201具有固定脉冲间隔时间T以及脉冲宽度t，其中脉冲间隔时间T为相邻两个脉冲之间的时间间隔，脉冲宽度t为单个脉冲的持续时间。

在本申请的一些实施例中，入射光线201的脉冲间隔时间T可以根据第一反射镜23从第一工作位置转动至第二工作位置所花费的时间确定，例如采用步进电机来控制变角第一反射镜23旋转45°，使其从第一工作位置转动至第二工作位置，根据一般步进电机的工作转速300-600转/分钟，旋转45°所需时间为12.5-25ms，因此脉冲间隔时间T可设置为50-100ms，以保证第一反射镜23从第一工作位置转动至第二工作位置，或者第一反射镜23逆向从第二工作位置转动至第一工作位置。

在本申请的一些实施例中，脉冲宽度t可以根据采集单元30的采集时间确定，例如采集单元30的采集时间为100ms，则入射光线201的脉冲宽度t为50ms，以保证入射光线201全部被采集单元30所采集。

在本申请的一些实施例中，每两个脉冲后入射光线201的波长改变一次，其中一个脉冲的入射光线201用于得到空白光谱，另外一个脉冲的入射光线201用于得到测量光谱，以便于根据测量光谱以及空白光谱计算检测样品1的量子产率。作为示例，参阅图3，图3示出了本申请实施例中入射光线201的一个实施例脉冲示意图，每间隔两个脉冲，入射光线201的波长增加10nm，并依次从350nm递增至600nm，以便于形成不同波段的入射光线201，并最终测量不同波段的荧光量子产率。

示例性地，参阅图1，发射单元10包括光源11以及调制快门12。光源11用于产生单色激光。调制快门12用于控制单色激光的秒冲宽度以及脉冲间隔时间T。其中，光源11可以为气体激光发射器、液体激光发射器或固定激光发射器。调制快门12可以为机械快门或电磁快门。

需要说明的是，光源11发出激光后，激光经过调制快门12成为调制脉冲激光。在对检测样品1进行测试时，通过控制调制快门12发出调制脉冲激光可以在短时间内对检测样品1进行多次照射，并完成多次不同波段量子产率的测试过程。此外，利用调制快门12结合采集单元30可以将量子点产率检测时间控制在毫秒级别，一方面大大提高了测试的效率，另外一方面降低了激发光去样品产生的潜在破坏而对测试结果准确性的影响。

积分球20为内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，在入射光线201从入射口21射入积分球20内部后，入射光线201可以在积分球20的内壁面进行多次反射。其中，当第一反射镜23位于第一工作位置时，入射光线201沿背离出射口22的方向传播并照射积分球20内的检测样品1，此时出射光线202包括检测样品1被照射后发射的荧光以及被吸收后剩余的入射光线201，以便于通过采集单元30获取出射光线202对应的测量光谱；当第一反射镜23位于第二工作位置时，入射光线201沿朝向出射口22的方向传播，出射光线202绕过积分球20内的检测样品1并经出射口22射出，此时出射光线202全部为入射光线201，以便于通过采集单元30获取空白光谱。

在本申请的一些实施例中，入射光线201向背离出射口22方向的传播可以通过光线反射实现，例如，参阅图4，图4示出了本申请实施例中积分球20光线传播的一个实施例示意图，当第一反射镜23位于第一工作位置时，入射光线201经第一反射镜23反射并沿背离出射口22的方向传播，从而使得入射光线201照射积分球20内的检测样品1。

可以理解地，还可以将入射口21和出射口22设置在相邻处，第一反射镜23在第一工作位置不改变入射光线201的传播路径，使得入射光线201在射入积分球20后即沿背离出射口22的方向传播；而通过转动第一反射镜23至第二工作位置反射入射光线201，使其朝向出射口22的方向传播。

在本申请的一些实施例中，入射光线201朝向出射口22方向的传播可以由光的直线传播原理实现，例如，参阅图5，图5示出了本申请实施例中积分球20光线传播的另一个实施例示意图，积分球20的入射口21和出射口22位于同一直线上，当第一反射镜23位于第二工作位置时，第二反射镜24的镜面与入射光线201平行，入射光线201经过第一反射镜23到达出射口22并射出，此时入射光线201并未对检测样品1进行照射，从而便于进行空白光谱的测量。

在本申请的一些实施例中，入射光线201朝向出射口22方向的传播也可以通过光线反射实现，例如，参阅图6，图6示出了本申请实施例中积分球20光线传播的另一个实施例示意图，积分球20的入射口21和出射口22未位于同一直线上，积分球20内还设置有第二反射镜24，当第一反射镜23位于第二工作位置时，第一反射镜23的镜面与入射光线201的传播方向平行，入射光线201经过第一反射镜23，最终经第二反射镜24反射并朝向出射口22的方向传播，使得入射光线201绕过检测样品1并经出射口22射出。

在本申请的一些实施例中，入射光线201朝向出射口22方向的传播也可以通过多个反射镜实现，例如，参阅图7，图7示出了本申请实施例中积分球20光线传播的另一个实施例示意图，积分球20内还设置有沿入射光线201传播方向依次设置的第二反射镜24以及第三反射镜25，当第一反射镜23位于第二工作位置时，第一反射镜23的镜面与入射光线201的传播方向平行，入射光线201经过第一反射镜23后，依次经第二反射镜24和第三反射镜25反射后朝向出射口22传播，使得入射光线201经过多次反射后绕过检测样品1并经出射口22射出。

可以理解地，还可以在积分球20内设置更多数量的反射镜，来使入射光线201朝向入射口21的方向传播或者背离出射口22的方向传播，使得入射光线201照射检测样品1或者绕开检测样品1；或者，还可以通过第一反射镜23在第二工作位置时反射入射光线201，使其朝向出射口22的方向传播。

在本申请的一些实施例中，入射口21指向积分球20球心的方向与出射口22指向积分球20球心的方向相互垂直，入射口21射入的入射光线201的传播方向与出射口22射出的出射光线202的传播方向相垂直，可以避免入射口21射入的入射光线201射出的现象。

在本申请的一些实施例中，例如对于积分球20内还设置有沿入射光线201传播方向依次设置的第二反射镜24以及第三反射镜25的实施例，参阅图8，图8示出了本申请实施例中第二反射镜24以及第三反射镜25的一个实施例光线传播示意图，第二反射镜24相对于入射光线201的入射角与第三反射镜25相对于入射光线201的入射角满足如下关系式：

β＝α+45°

其中，α为第二反射镜24相对于入射光线201的入射角，β为第三反射镜25相对于入射光线201的入射角，α且小于45°。

需要说明的是，使得第二反射镜24相对于入射光线201的入射角与第三反射镜25相对于入射光线201的入射角满足上述关系式，在第一反射镜23处于第二工作位置时，可以使得入射光线201依次经第二反射镜24和第三反射镜25反射后偏转90°，进而垂直射向出射口22，避免入射光线201在积分球20内壁面多次反射而造成空白光谱测量不准确的现象。

在本申请的一些实施例中，第三反射镜25位于积分球20球心与出射口22之间，入射光线201经第三反射镜25反射后可以沿积分球20球心指向出射口22方向传播，避免出射口22射出的出射光线202偏斜射出积分球20的情况，有利于采集单元30更好的采集出射光线202。

在本申请的一些实施例中，第一反射镜23位于积分球20的球心处，由于入射光线201通常射向积分球20的球心，第一反射镜23在积分球20球心处切换第一工作位置和第二工作位置，可以更加便捷改变入射光线201的传播方向。

采集单元30用于采集出射光线202的光谱，其中，当第一反射镜23位于第一工作位置时，采集单元30采集的出射光线202并得到测量光谱；当第一反射镜23位于第二工作位置时，采集单元30采集的出射光线202并得到测量光谱。

在本申请的一些实施例中，采集单元30可以同时采集预设波长范围内的出射光线202的多种单色光的测量光谱，进而达到缩短量子产率测试时间。其中，预设波长范围内至少包括两种单色光所对应的波长范围。在本申请的一些实施例中，预设波长范围涵盖检测样品1被照射后发射的荧光以及被吸收后剩余的入射光线201所对应的波长范围。

示例性地，预设波长范围为200nm至1100nm，即同时涵盖了红光(波长625nm～740nm)、橙光(波长590nm～610nm)、黄光(波长570nm～585nm)、绿光(波长492nm～577nm)、靛光(波长420nm～440nm)、蓝光(波长440nm～475nm)以及紫光(波长380nm～420nm)所对应的波长范围。

可以理解地，预设波长范围还可以为上述不同单色光所对应波长范围的组合，例如预设波长范围为590nm～740nm，即同时包含了红光和橙光；或者，预设波长范围还可以为上述不同单色光所对应部分波长范围的组合，例如预设波长范围为600nm～700nm，即包含了红光的部分波长范围，也包含了橙光的部分波长范围。

在本申请的一些实施例中，参阅图1，采集单元30包括光栅31以及多个光电探测器32。每个光电探测器32分别对应不同波长范围的出射光线202。当出射光线202经过光栅31后，通过光栅31的衍射作用将入射光线201按波长进行色散并形成光谱。每个光电探测器32分别对光谱的单色光强度进行测量并最终得到测量光谱。也就是说，通过光栅31的衍射分光原理以及多个光电探测器32，可以一次性测量不同单色光的强度信息，从而达到缩短量子产率测试时间的目的。

示例性地，参阅图9，图9示出了本申请实施例中多个光电探测器32与单色光的一个实施例关联示意图，其中，七个光电探测器32分别对应红光(波长625nm～740nm)、橙光(波长590nm～610nm)、黄光(波长570nm～585nm)、绿光(波长492nm～577nm)、靛光(波长420nm～440nm)、蓝光(波长440nm～475nm)、紫光(波长380nm～420nm)。

可以理解地，还可以设置更多数量的光电探测器32，以测量单色光部分波长的光线，例如对于红光设置四个光电探测器32，分别测量波长为625～650nm、651～680nm、681～710nm以及711～740nm的红色光线。

在本申请的一些实施例中，参阅图10，图10示出了本申请实施例中多个光电探测器32与光栅31的一个实施例排布示意图。多个光电探测器32相对于光栅31间隔排列布置，且多个光电探测器32的排列方向与光栅31的多个平行狭缝311的排列方向不垂直，使得出射光线202在经过光栅31的多个平行狭缝311后，可以照射在多个光电探测器32上，从而通过多个光电探测器32同时采集预设波长范围内的出射光线202的测量光谱。优选地，多个光电探测器32的排列方向与光栅31的多个平行狭缝311的排列方向平行。

需要说明的是，排列方向是指多个物体排成队列后，由其队列首个物体指向队列尾部物体的方向，以图10为例，光电探测器32的排列方向为从上至下的方向，多个平行狭缝311的排列方向为从上至下的方向。

在本申请的一些实施例中，光电探测器32为2048位阵列像素的一维线性硅基探测器。在本申请的一些实施例中，光栅31的刻线密度为300线/mm至1800线/mm。示例性地，光栅31的刻线密度为600线/mm，光栅31的宽度为60mm。可以理解地，多个光电探测器32还可以为紫外光探测器、可见光探测器以及红外光探测器的组合。

在本申请的一些实施例中，参阅图1，采集单元30还包括聚焦透镜33，聚焦透镜33设置于出射口22与光栅31之间，聚焦透镜33将出射光线202的平行光或散射光聚集到同一处，以便于光栅31对所有出射光线202进行衍射分光。示例性地，聚焦透镜33可以为双面凸透镜或单面凸透镜等。

可以理解，采集单元30还可以通过其他方式进行分光并采集光谱信息，例如采集单元30包括棱镜以及多个光电探测器32，通过棱镜的分光原理以及多个光电探测器32，实现一次性测量不同单色光的强度信息并达到缩短量子产率测试时间的目的。

本申请通过发射单元10发射入射光线201，当第一反射镜23位于第一工作位置时，入射光线201沿背离出射口22的方向传播，并在照射积分球20内的检测样品1后从出射口22射出，采集单元30采集出射口22的出射光线202，得到测量光谱；当第一反射镜23位于第二工作位置时，入射光线201沿朝向出射口22的方向传播，入射光线201未照射检测样品1并经出射口22射出，采集单元30采集出射口22的出射光线202，得到空白光谱，最终则可以根据测量光谱以及空白光谱计算检测样品1的量子产率。由于在不同波段情况下进行荧光量子产率测量时，通过转动第一反射镜23即可使入射光线201是否照射检测样品1，从而无需在测量过程中取出检测样品1，降低了不同波段情况下荧光量子产率的测量难度，有利于提升不同波段荧光量子产率的测量准确性。

此外，由于采集单元30同时采集预设波长范围内的出射光线202的测量光谱，无需多次分别采集出射光线202不同波段的光线强度，对于同一波段的入射光线201而言，采集单元30一次即可采集对应预设波长范围内的出射光线202的测量光谱或空白光谱，不仅可以避免检测样品1被长时间照射，而造成量子点在较长激发态下发生破坏进而影响测量准确性的现象，同时，还可以提高不同波段荧光量子产率的测量效率。

进一步地，为了更好实施本申请实施例中的量子产率测试装置，在量子产率测试装置的基础上，本申请继续提供一种量子产率测试方法，参阅图11，图11示出了本申请实施例中量子产率测试方法的一个实施例流程示意图，其中，量子产率测试方法包括：

步骤S1101，控制发射单元10发射入射光线201；

在本申请的一些实施例中，例如对于发射单元10包括光源11以及调制快门12的实施例，控制光源11发射光线可以先打开光源11开关，进而使得光源11发射激光，然后通过调制快门12控制激光的秒冲宽度以及脉冲间隔时间T，以形成脉冲式的入射光线201。可以理解地，还直接通过开启或关闭光源11实现脉冲式的入射光线201。

步骤S1102，控制第一反射镜23转动至第一工作位置，以使入射光线201进入积分球20后沿背离出射口22的方向传播并照射检测样品1；

在本申请的一些实施例中，第一反射镜23转动可以通过步进电机实现。可以理解地，第一反射镜23转动至第一工作位置也可以通过其他驱动机构实现，例如通过气压伸缩杆与铰链结构带动第一反射镜23旋转。

具体地，以图4为例，当第一反射镜23转动至第一工作位置后，入射光线201进入积分球20后并被第一反射镜23反射，入射光线201继续沿背离出射口22的方向传播并照射检测样品1，检测样品1在被照射后发射的荧光，荧光与被检测样品1吸收后剩余的入射光线201组成出射光线202从积分球20的出射口22射出。

步骤S1103，通过采集单元30采集积分球20出射口22射出的出射光线202的测量光谱，出射光线202包括检测样品1经入射光线201照射后激发的光线；

在本申请的一些实施例中，例如对于采集单元30包括光栅31以及多个光电探测器32，多个光电探测器32相对于光栅31间隔排列布置的实施例，通过采集单元30采集积分球20出射口22射出的出射光线202的测量光谱的步骤包括：通过多个光电探测器32测量出射光线202经光栅31分光后预设波长范围内的测量光谱，每个光电探测器32分别对应不同波长范围的出射光线202。

需要说明的是，当出射光线202经过光栅31后，通过光栅31的衍射作用将入射光线201按波长进行色散并形成光谱，每个光电探测器32分别对光谱的单色光强度进行测量并最终得到测量光谱，也就是说，通过光栅31的衍射分光原理以及多个光电探测器32，可以一次性测量出射光线202对应光谱不同单色光的强度信息，从而无需多次分别采集不同波段光线强度，并实现了缩短量子产率测试时间的目的。

可以理解地，对于本申请的一些实施例，例如对于采集单元30包括棱镜以及多个光电探测器32的实施例，具体测量光谱可以通过多个光电探测器32测量出射光线202经棱镜分光后光谱而获得。

步骤S1104，控制第一反射镜23转动至第二工作位置，以使入射光线201进入积分球20后绕过检测样品1并经出射口22射出；

在本申请的一些实施例中，第一反射镜23转动至第二工作位置可以通过步进电机实现。可以理解地，第一反射镜23转动至第二工作位置也可以通过其他驱动机构实现，例如通过气压伸缩杆与铰链结构带动第一反射镜23旋转。

以图7为例，当第一反射镜23转动至第二工作位置后，第一反射镜23的镜面与入射光线201的传播方向平行，入射光线201经过第一反射镜23后，依次经第二反射镜24和第三反射镜25反射后朝向出射口22传播，此时出射光线202全部为入射光线201。

步骤S1105，通过采集单元30采集积分球20出射口22射出的出射光线202的空白光谱；

在本申请的一些实施例中，例如对于采集单元30包括光栅31以及多个光电探测器32，多个光电探测器32相对于光栅31间隔排列布置的实施例，通过采集单元30采集积分球20出射口22射出的出射光线202的空白光谱的步骤包括：通过多个光电探测器32测量出射光线202经光栅31分光后预设波长范围内的空白光谱，每个光电探测器32分别对应不同波长范围的出射光线202。

需要说明的是，当出射光线202经过光栅31后，通过光栅31的衍射作用将入射光线201按波长进行色散并形成光谱，每个光电探测器32分别对光谱的单色光强度进行测量并最终得到空白光谱，也就是说，通过光栅31的衍射分光原理以及多个光电探测器32，可以一次性测量出射光线202对应光谱不同单色光的强度信息，从而无需多次分别采集不同波段光线强度，并实现了缩短量子产率测试时间的目的。

可以理解地，对于本申请的一些实施例，例如对于采集单元30包括棱镜以及多个光电探测器32的实施例，具体空白光谱可以通过多个光电探测器32测量出射光线202经棱镜分光后光谱而获得。

步骤S1106，根据测量光谱以及空白光谱，计算检测样品1的量子产率。

在本申请的一些实施例中，在检测测量光谱后，可以将测量光谱与空白光谱的光强度信息与光线波长制作成为曲线图，然后将测量光谱的曲线与空白光谱的曲线做差值积分，最终通过计算发射光子数与激发光子数的比值获得荧光量子产率。

在本申请的一些实施例中，可以将测量光谱与空白光谱输入训练好的机器学习模型，通过训练好的机器学习模型确定荧光量子产率。示例性地，机器学习模型可以为监督学习模型、无监督学习模型或概率模型等。

可以理解地，上述步骤的顺序旨在清楚说明本申请的实施验证过程，而并非对申请方案的步骤顺序限定，实际上，上述步骤顺序还可以更改，例如，先进行步骤S1104和步骤S1105并得到空白光谱，再进行步骤S1102和步骤S1103并得到测量光谱。

进一步的，为了使得发射单元10能够发射波长连续均匀变化的入射光线201，继续参阅图12，图12示出了本申请实施例中发射单元10发射入射光线201的一个实施例流程示意图，其中，发射单元10发射入射光线201包括：

步骤S1201，根据第一反射镜23的转动时间，确定入射光线201的脉冲间隔时间T；

具体的，脉冲间隔时间T为相邻两个脉冲之间的时间间隔。在本申请的一些实施例中，入射光线201的脉冲间隔时间T可以根据第一反射镜23从第一工作位置转动至第二工作位置所花费的时间确定，例如采用步进电机来控制变角第一反射镜23旋转45度，使其从第一工作位置转动至第二工作位置，根据一般步进电机的工作状态，300-600转/分钟，旋转45度所需时间为12.5-25ms，因此脉冲间隔时间T可设置为50-100ms，以保证第一反射镜23从第一工作位置转动至第二工作位置，或者第一反射镜23从第二工作位置转动至第一工作位置。

可以理解地，对于其他实施方式，例如第一反射镜23通过气压伸缩杆转动的实施方式，气压伸缩杆单个行程所耗费的时间则为第一反射镜23的转动时间。

步骤S1202，根据采集单元30的采集时间，确定入射光线201的脉冲宽度t；

脉冲宽度t为单个脉冲的持续时间。在本申请的一些实施例中，脉冲宽度t可以根据采集单元30的采集时间确定，例如采集单元30的采集时间为100ms，则入射光线201的脉冲宽度t为50ms，以保证单个脉冲所对应的入射光线201全部被采集单元30所采集。

步骤S1203，根据测量次数、预设初始波长以及预设波长步长，确定入射光线201的脉冲波长；

具体的，对于不同波段情况下荧光量子产率的测量，每得到一个波段入射光线201所对应的荧光量子产率则为完成一次测量过程，在所有波段入射光线201对应的荧光量子产率测量完成后，则完成了不同波段情况下荧光量子产率的测量过程。

在本申请的一些实施例中，每两个脉冲后入射光线201的波长改变一次，其中一个脉冲的入射光线201用于得到空白光谱，另外一个脉冲的入射光线201用于得到测量光谱，以便于根据测量光谱以及空白光谱计算检测样品1的量子产率。

在本申请的一些实施例中，测量次数、预设初始波长、预设波长步长以及入射光线201的脉冲波长满足如下关系式：

λ＝λ₀+i*λ₁

其中，λ为入射光线201的脉冲波长，λ₀为预设初始波长，λ₁为预设波长步长，i为测量次数。

作为示例，参阅图3，预设初始波长为350nm，预设波长步长为10nm，每间隔两个脉冲为1次测量，入射光线201的波长依次从350nm递增至600nm，以便于形成不同波段的入射光线201，并最终测量不同波段的荧光量子产率。

步骤S1204，根据脉冲间隔时间T、脉冲宽度t以及脉冲波长，控制发射单元10发射入射光线201。

针对入射光线201每个波段的荧光量子产率的测量，在得到脉冲间隔时间T、脉冲宽度t以及脉冲波长，则可以控制发射单元10发射入射光线201，使发射单元10发出两个脉冲对应波长的入射光线201，以便于通过采集单元30分别得到测量光谱以及空白光谱，并最终计算得到量子产率。

在本申请的一些实施例中，例如对于发射单元10包括光源11以及调制快门12的实施例，入射光线201的脉冲间隔时间T、脉冲宽度t可以通过调制快门12实现控制，脉冲波长可以通过光源11控制。

作为一示例性实施例，在开始测量不同波段量子产率时，首先打开光源11开关，待仪器预热稳定20分钟，在积分球20内放置红色量子点薄膜，设置激发光的预设初始波长为305nm，预设波长步长10nm，测量次数30次，每个波长的脉冲宽度t为100ms，两个脉冲之间的脉冲间隔时间T设置为100ms，先使第一反射镜23转动45°至第一工作位置，通过采集单元30采集得到测量光谱；再使第一反射镜23转动45°至第二工作位置，通过采集单元30采集得到空白光谱，根据测量光谱和空白光谱得到每个波长处的量子产率，并绘制出如图13所示的红色量子点薄膜不同波长处量子产率的变化趋势。

作为又一示例性实施例，在开始测量不同波段量子产率时，首先打开光源11开关，待仪器预热稳定20分钟，在积分球20内放置绿色量子点薄膜，设置激发光的预设初始波长为300nm，预设波长步长5nm，测量次数44次，每个波长的脉冲宽度t为800ms，两个脉冲之间的脉冲间隔时间T设置为50ms，先使第一反射镜23转动45°至第一工作位置，通过采集单元30采集得到测量光谱；再使第一反射镜23转动45°至第二工作位置，通过采集单元30采集得到空白光谱，根据测量光谱和空白光谱得到每个波长处的量子产率，并绘制出如图14所示的绿色量子点薄膜不同波长处量子产率的变化趋势。

作为另一示例性实施例，在开始测量不同波段量子产率时，首先打开光源11开关，待仪器预热稳定20分钟，在积分球20内放置蓝色量子点薄膜，设置激发光的预设初始波长为275nm，预设波长步长5nm，测量次数36次，每个波长的脉冲宽度t为300ms，两个脉冲之间的脉冲间隔时间T设置为100ms，先使第一反射镜23转动45°至第一工作位置，通过采集单元30采集得到测量光谱；再使第一反射镜23转动45°至第二工作位置，通过采集单元30采集得到空白光谱，根据测量光谱和空白光谱得到每个波长处的量子产率，并绘制出如图15所示的蓝色量子点薄膜不同波长处量子产率的变化趋势。

为了更好实施本申请实施例中的量子产率测试方法，在量子产率测试方法基础之上，本申请实施例中还提供一种量子产率测试系统，其集成了本申请实施例所提供的任一种量子产率测试装置，系统包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序被存储于存储器中，并配置为由处理器执行上述量子产率测试方法实施例中任一项实施例的量子产率测试方法中的步骤。

如图16所示，其示出了本申请实施例所涉及的量子产率测试系统的结构示意图，具体来讲：

该量子产率测试系统可以包括一个或者一个以上处理核心的处理器1601、一个或一个以上计算机40可读存储介质的存储器1602。本领域技术人员可以理解，图16中示出的结构并不构成对量子产率测试系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：

处理器1601是该系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个系统的各个部分，通过运行或执行存储在存储器1602内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器1602内的数据，执行系统的各种功能和处理数据，从而对系统进行整体监控。可选的，处理器1601可包括一个或多个处理核心；处理器1601可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，优选的，处理器1601可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器1601中。

存储器1602可用于存储软件程序以及模块，处理器1601通过运行存储在存储器1602的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器1602可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据量子产率测试系统的使用所创建的数据等。此外，存储器1602可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器1602还可以包括存储器控制器，以提供处理器1601对存储器1602的访问。

尽管未示出，量子产率测试系统还可以包括显示单元等，在此不再赘述，同时处理器1601、存储器1602以及显示单元可以共同集成在如图1所示的计算机40中。具体在本实施例中，量子产率测试系统中的处理器1601会按照如下的指令，将一个或一个以上的应用程序的进程对应的可执行文件加载到存储器1602中，并由处理器1601来运行存储在存储器1602中的应用程序，从而实现各种功能，如下：

控制发射单元10发射入射光线201；

控制第一反射镜23转动至第一工作位置，以使入射光线201进入积分球20后沿背离出射口22的方向传播并照射检测样品1；

通过采集单元30采集积分球20出射口22射出的出射光线202的测量光谱；

控制第一反射镜23转动至第二工作位置，以使入射光线201进入积分球20后沿朝向出射口22的方向传播；

通过采集单元30采集积分球20出射口22射出的出射光线202的空白光谱；

根据测量光谱以及空白光谱，计算检测样品1的量子产率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

以上对本申请实施例所提供的一种量子产率测试装置以及测试方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种量子产率测试装置，其特征在于，包括：

发射单元，所述发射单元用于发射入射光线；

积分球，所述积分球具有入射口以及出射口，所述入射口用于接收所述入射光线，所述出射口用于射出出射光线；

采集单元，所述采集单元用于采集所述出射光线的光谱；

其中，所述积分球内设置有可旋转的第一反射镜，所述第一反射镜具有第一工作位置以及第二工作位置；

当所述第一反射镜位于所述第一工作位置时，所述入射光线照射所述积分球内的检测样品，当所述第一反射镜位于所述第二工作位置时，所述入射光线绕过所述检测样品并经所述出射口射出。

2.如权利要求1所述的量子产率测试装置，其特征在于，当所述第一反射镜位于所述第一工作位置时，所述入射光线经所述第一反射镜反射并沿背离所述出射口的方向传播。

3.如权利要求2所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述积分球内还设置有第二反射镜；

当所述第一反射镜位于所述第二工作位置时，所述入射光线经所述第二反射镜反射并朝向所述出射口的方向传播。

4.如权利要求2所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述积分球内还设置有沿所述入射光线传播方向依次设置的第二反射镜以及第三反射镜；

当所述第一反射镜位于所述第二工作位置时，所述入射光线依次经所述第二反射镜、所述第三反射镜反射并朝向所述出射口的方向传播。

5.如权利要求4所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述入射口指向所述积分球球心的方向与所述出射口指向所述积分球球心的方向相互垂直；

所述第二反射镜相对于所述入射光线的入射角与所述第三反射镜相对于所述入射光线的入射角满足如下关系式：

β＝α+45°

其中，α为所述入射光线相对于所述第二反射镜的入射角，β为所述入射光线相对于所述第三反射镜的入射角，且α小于45°。

6.如权利要求5所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述第三反射镜位于所述积分球球心与所述出射口之间。

7.如权利要求1所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述第一反射镜位于所述积分球的球心处。

8.如权利要求1所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述采集单元用于采集预设波长范围内的所述出射光线的第一光谱；

其中，所述预设波长范围内至少包括两种单色光所对应的波长范围。

9.如权利要求8所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述采集单元包括光栅以及多个光电探测器，每个所述光电探测器分别对应不同波长范围的出射光线。

10.如权利要求9所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述多个光电探测器相对于所述光栅间隔排列布置，且所述多个光电探测器的排列方向与所述光栅的多个平行狭缝的排列方向平行。

11.如权利要求9所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述光栅的刻线密度为300线/mm至1800线/mm。

12.如权利要求9所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述采集单元还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述出射口与所述光栅之间。

13.一种量子产率测试方法，应用于如权利要求1至12任一项所述的量子产率测试装置，其特征在于，所述方法包括：

控制所述发射单元发射入射光线；

控制所述第一反射镜转动至第一工作位置，以使所述入射光线进入所述积分球后照射检测样品；

通过所述采集单元采集所述出射口射出的出射光线的测量光谱，所述出射光线包括所述检测样品经所述入射光线照射后激发的光线；

控制所述第一反射镜转动至第二工作位置，以使所述入射光线进入所述积分球后绕过所述检测样品并经所述出射口射出；

通过所述采集单元采集所述出射口射出的出射光线的空白光谱；

根据所述测量光谱以及所述空白光谱，计算所述检测样品的量子产率。

14.如权利要求13所述的量子产率测试方法，其特征在于，所述控制发射单元发射入射光线的步骤包括：

根据所述第一反射镜的转动时间，确定所述入射光线的脉冲间隔时间；

根据所述采集单元的采集时间，确定所述入射光线的脉冲宽度；

根据测量次数、预设初始波长以及预设波长步长，确定所述入射光线的脉冲波长；

根据所述脉冲间隔时间、所述脉冲宽度以及脉冲波长，控制所述发射单元发射所述入射光线。

15.如权利要求14所述的量子产率测试方法，其特征在于，所述测量次数、所述预设初始波长、所述预设波长步长以及所述入射光线的脉冲波长满足如下关系式：

λ＝λ₀+i*λ₁

其中，λ为所述入射光线的脉冲波长，λ₀为所述预设初始波长，λ₁为所述预设波长步长，i为所述测量次数。

16.如权利要求13所述的量子产率测试方法，其特征在于，所述采集单元包括光栅以及多个光电探测器；

所述通过采集单元采集积分球出射口射出的出射光线的测量光谱的步骤包括：

通过所述多个光电探测器测量所述出射光线经所述光栅分光后预设波长范围内的测量光谱，每个所述光电探测器分别对应不同波长范围的出射光线。