CN204287045U - 一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置，包括半积分球光学腔、恒流恒压源、贴片式LED光源、光纤光谱仪和计算机；半积分球光学腔由内壁涂有高反射率的漫反射涂层的半积分球壳体和一面高反射率且过球心的平面反射镜围成；平面反射镜上设有圆形孔用于固定贴片式LED光源和待测样品，待测样品位于贴片式LED光源之上；半积分球壳体上设有探测口，用于光纤光谱仪光纤探头的耦合连接。该装置采用光纤光谱仪探测光谱信号，把待测样品配置在光纤数值孔径角区域外来抑制一次直射光进入探测器，避免挡板的使用，从而提高积分球内光分布的均匀性。

Description

一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种量子效率测量装置，尤其涉及一种以透明荧光材料作为测量对象的基于半积分球的量子效率测量装置。

背景技术

近年来，随着LED照明设备的迅速发展，对荧光材料的研究越来越受到人们的重视，量子效率作为评价荧光材料发光性能的重要指标备受人们的关注。通常，荧光材料的量子效率定义为材料发射出的光子数与材料所吸收的光子数的比值。

待测荧光样品常由于其内部化学成分以及外形尺寸等因素导致其发光强度呈现空间分布不均匀的特点，为此现有技术以及所涉及的测量装置都采用积分球来收集从测量对象发出的荧光。现有技术，通常使用激光作为激发光源，且通过在积分球壁开设的小孔来导入激发光，此种方式有如下缺点：第一，光源与样品的相对距离较远，要调整激发光能够照射到样品上的过程比较繁琐；第二，在积分球壁开设通光孔容易使内部光从通光孔处逃逸也容易受到外部光的干扰。另一种技术为使用光纤将单色激发光导入积分球内，照射荧光样品发出荧光。此种方法的缺点在于，通过光纤耦合进积分球的激发光能量比较弱。

另外，在现有积分球测量技术中，为了避免一次直射光进入探测器对测量结果造成影响，大都在探测器前设置有挡板，然而挡板自身也会参与积分球内光的吸收、散射，打破了积分球的理想特性使积分球效果降低。

实用新型内容

针对现有技术中存在入光孔、挡板对测量精度的影响，本实用新型提供了一种无须开设入光孔、无需挡板的半积分球荧光量子效率测量装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置，包括恒流恒压源、半积分球光学腔、光纤光谱仪、计算机和贴片式LED光源；所述半积分球光学腔由内壁涂有高反射率的漫反射涂层的半积分球壳体和水平设置且通过半积分球壳体的曲率中心的平面反射镜围成；所述贴片式LED光源位于半积分球光学腔的球心位置并与平面反射镜的中心重合，所述光纤光谱仪的光纤探头位于半积分球壳体的内壁上，放置在贴片式LED光源上的待测样品位于光纤探头的数值孔径区域之外；所述恒流恒压源为贴片式LED光源提供稳定电流；所述光纤光谱仪的信息输出端与计算机连接。

本实用新型采用贴片式LED光源作为激发光源，体积小，直接置于半积分球光学腔空间内，可短距离作用于待测样品，保证了激发的强度，也无需繁琐的入射光耦合过程。同时，利用贴片式LED光源作为激发光源所测得量子效率对用于LED封装的荧光材料更加有研究价值。将待测样品配置于光纤数值孔径区域外，可以保证待测样品发出的荧光无法直接进入光谱仪从而省去了挡板的 使用。

与现有技术相比，本实用新型的一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置具有如下有益效果：

1、采用光纤探头作为探测设备，将待测样品配置于光纤的数值孔径区域之外，有效地抑制了一次直射光进入探测器对测量结果造成的影响，从而避免挡板的使用。

2、该量子效率测量装置采用贴片式LED光源作为激发光源，置于平面反射镜中心位置处，可以近距离作用于待测样品保证了激发强度，同时由于贴片式LED光源体积很小可以置于半积分球光学腔空间内部，因此不必在球壁上开设通光孔。通过选择不同中心波长的LED单色光源，实现对相同荧光材料在不同激发波长下、以及不同荧光材料在不同激发波长下的量子效率测量。

3、设计透射式测量光路，针对透明荧光材料进行量子效率测量，如荧光玻璃、透明荧光陶瓷、可以分散在液体中的荧光粉等。

4、该量子效率测量装置解决现有荧光效率积分球测量装置结构因使用样品夹具、光学挡板等配件造成积分球均匀性差、样品难以固定的问题。

附图说明

图1为一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置的结构示意图；

图2为不放样品时激发光谱测量示意图一；

图3为不放样品时激发光谱测量示意图二；

图4为荧光玻璃或载玻片放置在半积分球光学腔内的结构示意图；

图5为荧光液体放置在半积分球光学腔内的结构示意图；

图6为未放置待测样品的量子效率测量的示意图；

图7为放置待测样品的量子效率测量的示意图。

附图中：1-恒流恒压源；2-半积分球光学腔；3-光纤光谱仪；4-计算机；5-贴片式LED光源；6-电极夹具；7-待测样品；8-平面反射镜；9-光纤探头；10-半积分球壳体；11-比色皿；12-载玻片；13-光纤；14-光源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如图1所示，一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置，包括恒流恒压源1、半积分球光学腔2、光纤光谱仪3、计算机4和贴片式LED光源5。半积分球光学腔2由内壁涂有高反射率的漫反射涂层的半积分球壳体10和水平设置且通过半积分球曲率中心的平面反射镜8围成。在平面反射镜8上设有圆形孔，在圆形孔内安装有用于固定LED的电极夹具6，贴片式LED光源安装在伸向半积分球壳体10内的端面上。贴片式LED光源5位于半积分球光学腔2的球心位置并与平面反射镜8的中心重合，光纤光谱仪3的光纤探头9位于半积分球壳体10的内壁上，放置在贴片式LED光源5上的待测样品位于光纤探头9的数值孔径区域之外。恒流恒压源1用于驱动贴片式LED光源5发光，并能通过调节电流来调节LED发光强度，以适应具有不同荧光强度的样品，避免输出信号饱和。通过光纤探头9对半积分球光学腔2内的积分空间的光谱进 行测量，光纤光谱仪3测得的信息输入计算机4。贴片式LED光源5位于半积分球光学腔2的球心位置，与平面反射镜8的中心重合。光纤探头位于半积分球光学腔2的球壁，通过光纤探头的角度配置，使处于球心位置的样品处于光纤数值孔径区域之外。此种探测方式能够有效抑制一次直射光进入探测器。光纤探头位置可以通过探头位置或探头倾斜等方式实现，如图2、3所示。

本测量装置的半积分球使用一面平面反射镜8和半积分球壳体10进行成像，然后实物半积分球壳体与虚像半积分球壳体在空间中组合成一个完成的球体。该装置保证了积分球效果的同时，克服了因重力因素需要专用夹具对样品进行支撑的缺点。可使用简单夹具即可实现对固体、液体、粉末等状态下的样品进行测量。荧光玻璃或载玻片12放置如图4所示，荧光玻璃可以直接放置在贴片式LED光源上方，或者将荧光粉均匀涂抹在载玻片上进行测试。荧光液体的放置示意图如图5所示，荧光液体处于比色皿11中，LED光从比色皿11的底部入射。

本测量装置的特点为：①采用单色贴片式LED光源作为激发光源，通过透射式测量光路对透明荧光样品进行量子效率测量。所采用的透射光路是指：LED单色光从样品一侧入射，经过样品吸收之后，剩余光能量从样品另一侧出射。通过选择不同中心波长的LED单色光源，实现对相同荧光材料在不同激发波长下、以及不同荧光材料在不同激发波长下的量子效率测量。②采用光纤光谱仪探测光谱信号，把待测样品配置在光纤数值孔径角区域外来抑制一次直射光进入探测器，避免挡板的使用，从而提高积分球内光分布的均匀性。③贴片式LED 光源位于半积分球光学腔的球心位置，与平面反射镜的中心重合；探测器位于半积分球光学腔2的球壁，通过光纤探头的角度配置，使处于球心位置的样品处于光纤数值孔径区域之外。

使用该装置时，首先，将贴片式LED光源5安装在电极夹具6上，如图6所示，开启恒流恒压源设定好预定的电流电压值驱动贴片式LED光源5发光，在未安放待测样品7的情况下，等贴片式LED光源5发光稳定后，光纤光谱仪3通过光纤探头9探测得到的激发光谱。然后打开半积分球光学腔2，将待测样品7置于贴片式LED光源5之上，如图7所示，使其可以被激发光所照射并发出荧光，然后关闭半积分球光学腔2，此时光纤光谱仪3探测到的半积分球光学腔2空间内未被吸收的激发光谱。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种无光学挡板的半积分球荧光量子效率测量装置，其特征在于：包括恒流恒压源(1)、半积分球光学腔(2)、光纤光谱仪(3)、计算机(4)和贴片式LED光源(5)；所述半积分球光学腔(2)由内壁涂有高反射率的漫反射涂层的半积分球壳体(10)和水平设置且通过半积分球壳体(10)的曲率中心的平面反射镜(8)围成；所述贴片式LED光源(5)位于半积分球光学腔(2)的球心位置并与平面反射镜(8)的中心重合，所述光纤光谱仪(3)的光纤探头(9)位于半积分球壳体(10)的内壁上，放置在贴片式LED光源(5)上的待测样品位于光纤探头(9)的数值孔径区域之外；所述恒流恒压源(1)为贴片式LED光源(5)提供稳定电流；所述光纤光谱仪(3)的信息输出端与计算机(4)连接。