[發明專利]一種變溫積分球光學耦合測試裝置

在審

• 申請號: 201810565487.6
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108645803A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 閆東鵬;陳明星
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 梁青紅

本發明提供了一種變溫積分球光學耦合測試裝置，包括:控溫部件，用于控制固體樣品的溫度范圍內變化；積分球，光通過積分球上的光孔打在樣品上，反射到積分球中進行實現漫反射后經過光纖導出；光纖，連接積分球和光譜儀，漫反射光通過變溫光譜測定，得到固體樣品在不同溫度條件下的光學參數測量。本發明充分利用了積分球和溫度控制裝置的各自特點，有效耦合連接，構造簡單，效率高，測試結果準確，測試速度快，可用于光敏功能材料和相關技術領域的檢測。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體來說，涉及在大范圍溫度變化條件下，有效測試光學參數的一種變溫積分球光學耦合測試裝置，用于測量光學材料的在不同溫度條件下的光學漫反射和發光量子效率等參數測量。

背景技術

近年來，隨著半導體照明，發光，顯示和生物成像等領域的蓬勃發展，高性能固態發光材料受到信息技術，新材料和新能源等高端技術領域的廣泛關注。目前，從基礎研究角度分析，固態發光材料的常規測試已經不能滿足研究人員對材料性能評估的需求，例如在低溫/變溫，除氧測試條件下，可以出現一些特殊的物理和化學現象，同時在近紅外區(800-1700納米)的檢測需求也比較大。另一方面，在工程技術應用領域(如照明，顯示等)，發光材料的物理性質常受到外界操作條件(如溫度)的影響，因此需要開發和建立新型測試手段以滿足上述需求。

固態樣品(如粉體和薄膜)的發光絕對量子產率測試是近年來發展較快的功能之一，也是衡量發光材料性能優劣的核心指標。發光量子產率(也稱量子效率，PLQY)是指物質吸光后所發射光的光子數與所吸收的激發光光子數之比，表征物質發光能力的大小。目前，絕對量子效率的測試還僅限于常溫條件，無法實現對特殊條件下的光學特性進行深入分析和研究，這與近年來發展起來的變溫發射光譜測試以及變溫發光壽命測試是不相符合的。大范圍的變溫和低溫量子產率測量目前處于空白階段，而這方面需求非常大，只要做變溫光學測試，就會涉及到變溫絕對發光量子產率的需要。

積分球是指內表面具有高反射性的空心球體，主要是對放于球內樣品對光進行散射和反射作用，或是對光源本身發出的光進行收集的一種高效器件。光線通過在具有涂層的球內部均勻反射和漫射，并且在積分球內部進行積分后通過輸出孔射出，是一種理想的漫射勻光器，可以通過在內部多次漫發射來消除光源自身而造成的出射光束不均勻或者帶有偏振方向的問題，可精確測量材料的光學反射、透射、亮度、輻射度以及色度等性能，常用在LED,激光，節能燈，發光屏等的光色測試上。積分球良好的光學測試能力以及精確度高等優點使其在光學工程，化學以及材料科學中得到了廣泛應用。近年來，利用積分球測試光學材料的紫外可見近紅外漫反射光譜、熒光絕對量子產率等參數越來越廣泛。同時，在低溫和變溫條件下的測試需求比較大。

目前廣泛使用的是直接法測發光絕對量子產率，即利用積分球和光譜儀直接測量，這種方法可以實現常溫絕對發光量子產率測試，而變溫控制仍處于探索階段。一般的想法是低溫可以直接用液氮冷凍樣品，變溫時可以將變溫裝置放在積分球中，但是對于積分球而言，很難實現將變溫裝置放置在常規積分球中，一是體積較大，二是積分球不易密封，三是變溫裝置放在積分球中會嚴重影響光的散射；第二種方案是將樣品倉加積分球直接進行變溫控制，這種方式難度大，要將樣品倉做到完全密閉，這種方法對目前的裝置而言是不現實的。

然而，目前的漫反射光譜光譜和絕對量子產率測試大部分僅限于常溫，為了滿足光譜信息技術測試發展需求，有必要實現變溫積分球光學測試系統。尤其是大范圍變溫積分球裝置至今卻處于空白階段。同時，低溫和變溫控制也不同，低溫可以通過液氮冷凍樣品來實現，而變溫控制難點在于引進調控溫度裝置后，如何和積分球進一步有效結合成為設計難點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種變溫積分球光學耦合測試裝置，技術方案如下：

一種變溫積分球光學耦合測試裝置，其特征在于，包括:

控溫部件，用于控制固體樣品的溫度范圍變化；