本發(fā)明涉及光電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，光電子功能材料已經(jīng)成為人們?nèi)粘?yīng)用當(dāng)中重要的組成部分，高效、穩(wěn)定的光電子功能材料的探索研究漸漸成為了一個(gè)熱門的領(lǐng)域。稀土發(fā)光材料在光電子功能材料中扮演了非常重要的角色，其中上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料則是一種重要的稀土發(fā)光材料，其具有能量上轉(zhuǎn)換、熒光壽命長(zhǎng)、發(fā)光穩(wěn)定、低背景噪音、高組織穿透性等優(yōu)點(diǎn)，因而在醫(yī)療檢查、防偽技術(shù)、三維立體顯示、通訊、探測(cè)等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性是其非常重要的參數(shù)，因此，研究上轉(zhuǎn)換材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性就顯得特別重要。然而傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換熒光特性測(cè)試裝置的測(cè)量過(guò)程比較繁鎖，且效率較低，這在很大程度上限制了上轉(zhuǎn)換熒光測(cè)量的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且測(cè)量效率高的晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量裝置。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而提供一種測(cè)量效率高且精確的晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量裝置，其特征在于，包括用于激發(fā)樣品發(fā)出上轉(zhuǎn)換熒光信號(hào)的激發(fā)光路，用于放置上述樣品的樣品臺(tái)，用于采集樣品的上轉(zhuǎn)換熒光信號(hào)并轉(zhuǎn)化成熒光光譜數(shù)據(jù)的光譜儀，以及接收熒光光譜數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析對(duì)比的計(jì)算機(jī)；

所述樣品臺(tái)呈圓盤狀并可在驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下繞其自身中心軸旋轉(zhuǎn)，該樣品臺(tái)上設(shè)置有至少兩個(gè)用于放置樣品的樣品位，且各樣品位均布在樣品臺(tái)上并位于同一個(gè)以樣品臺(tái)的中心為圓心的圓上；

所述激發(fā)光路包括激光器、偏振片以及透鏡，所述激光器的出射激光通過(guò)偏振片的正中心后垂直照射在透鏡的正中心，從而聚焦在樣品臺(tái)的其中一個(gè)樣品上。

作為優(yōu)選，所述驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)可精確調(diào)節(jié)樣品臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(精確度高于1°)，從而使激光照射在待測(cè)樣品的正中心。

作為優(yōu)選，所述樣品臺(tái)的底部支撐有可升降的載物臺(tái)。測(cè)試過(guò)程中，可通過(guò)上下調(diào)節(jié)載物臺(tái)的高度，以使激光更好地照射在待測(cè)樣品上。

本發(fā)明解決第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種利用上述裝置的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)打開激光器，使激光器的出射激光通過(guò)偏振片的正中心后垂直照射在透鏡的正中心；

(2)在樣品臺(tái)上放置至少一個(gè)上轉(zhuǎn)換發(fā)光樣品，并使出射激光垂直照射在其中一個(gè)樣品的正中心；

(3)上述樣品在激光照射下發(fā)生上轉(zhuǎn)換反應(yīng)，發(fā)出熒光，將光譜儀的光纖探頭固定在待測(cè)樣品前合適的位置，測(cè)量該樣品的發(fā)光光譜；

(4)樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)一定角度，使出射激光垂直照射在另一樣品的正中心，按上述步驟(3)測(cè)量其發(fā)光光譜；按同樣的步驟測(cè)量剩余樣品的發(fā)光光譜；

(5)利用計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的發(fā)光光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，從而獲得同一條件下不同樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性。

作為優(yōu)選，所述樣品臺(tái)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且樣品臺(tái)的底部支撐有可升降的載物臺(tái)，所述步驟(2)中，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)上述載物臺(tái)的高度，以使出射激光垂直照射在樣品的正中心。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明中的裝置可快速測(cè)量多個(gè)晶體樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，從而提高了測(cè)量效率，并且通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)樣品臺(tái)，使激光器的出射激光精確地照射到其中一個(gè)樣品的正中心，從而提高了測(cè)量過(guò)程中的準(zhǔn)確度，使得測(cè)量結(jié)果可靠性好，穩(wěn)定性高。

本發(fā)明通過(guò)在樣品臺(tái)上放置多個(gè)不同的樣品，不僅可以在同一光強(qiáng)下測(cè)量不同樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，分析對(duì)比出不同樣品之間發(fā)光特性的差異，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的功率，分析出同一樣品在不同光強(qiáng)下的上轉(zhuǎn)換熒光特性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量裝置，包括用于激發(fā)樣品3發(fā)出上轉(zhuǎn)換熒光信號(hào)的激發(fā)光路1，用于放置上述樣品3的樣品臺(tái)2，用于采集樣品3的上轉(zhuǎn)換熒光信號(hào)并轉(zhuǎn)化成熒光光譜數(shù)據(jù)的光譜儀5，以及接收熒光光譜數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析對(duì)比的計(jì)算機(jī)7。

上述樣品臺(tái)2呈圓盤狀并可在步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)下繞其自身中心軸旋轉(zhuǎn)，該樣品臺(tái)2上設(shè)置有四個(gè)用于放置樣品3的樣品位(未示出)，且各樣品位均布在樣品臺(tái)2上并位于同一個(gè)以樣品臺(tái)2的中心為圓心的圓上。為更好地對(duì)樣品3的高度進(jìn)行調(diào)整，樣品臺(tái)2的底部支撐有可升降的載物臺(tái)6。

本實(shí)施例中，所用樣品3的發(fā)光波長(zhǎng)為490nm，激光器11的輸出波長(zhǎng)調(diào)節(jié)為980nm，所用的激光器11為飛秒激光器11，當(dāng)然激光器11的選擇不限于飛秒激光器11，可根據(jù)晶體所測(cè)上轉(zhuǎn)換熒光特性激發(fā)波長(zhǎng)的不同，選擇不同類型、不同波長(zhǎng)的激光器，本實(shí)施例中選用的為coherent公司生產(chǎn)的飛秒激光器Mari-f900。本實(shí)施例中的步進(jìn)電機(jī)4可以控制樣品臺(tái)360°旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)精度高于1°，并且隨著樣品的數(shù)目不同，設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也應(yīng)該隨之改變。選用的光譜儀5為Ocean Optics公司提供的型號(hào)為USB4000的光纖光譜儀，當(dāng)然也可以采用其它公司精度更高，所測(cè)區(qū)間更寬的光譜儀，必須根據(jù)晶體的發(fā)光特性選擇合適的光譜儀。選用的透鏡13為凸透鏡，可以匯聚光束，當(dāng)然也可以采用其它具有聚光作用的透鏡。

下面對(duì)本實(shí)施例中的晶體上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性測(cè)量裝置的測(cè)量方法進(jìn)行詳述：

(1)將激光器11開機(jī)預(yù)熱40min左右，并將出射波長(zhǎng)調(diào)節(jié)為980nm，待其輸出的激光功率穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)試。

(2)將激光器11出射激光通過(guò)一個(gè)偏振片12，以調(diào)節(jié)其在測(cè)試過(guò)程中的光強(qiáng)。當(dāng)緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片12時(shí)，激光的偏振方向和偏振片12的偏振方向之間的夾角會(huì)發(fā)生變化，從而可以改變激光的入射光強(qiáng)。由于本實(shí)施例中的飛秒激光器11發(fā)出的光為偏振光，因此只需要一個(gè)偏振片12即可調(diào)節(jié)照射到樣品上的激光光強(qiáng)。當(dāng)所用的激光器11出射的光為非偏振光時(shí)，也可使用一對(duì)材質(zhì)和參數(shù)都相同的偏振片12，用來(lái)調(diào)節(jié)入射的激光光強(qiáng)。

(3)上下調(diào)節(jié)偏振片12和透鏡13的高度，以使激光通過(guò)偏振片12的正中心后垂直照射在透鏡13的正中心。通過(guò)透鏡13的聚焦作用使光強(qiáng)更加集中，光斑更好，能量更高，有利于上轉(zhuǎn)換過(guò)程的發(fā)生和后續(xù)熒光光譜的測(cè)量。

(4)將樣品3依次固定在樣品臺(tái)2的樣品位上，置于透鏡13的焦點(diǎn)附近。本實(shí)施例中，四個(gè)樣品3所對(duì)應(yīng)的圓弧相等，測(cè)量過(guò)程中，樣品臺(tái)2每轉(zhuǎn)動(dòng)90°即可以測(cè)量到下一個(gè)樣品3。當(dāng)然，樣品臺(tái)2上也可以設(shè)置更多的樣品位，以快速測(cè)量更多的樣品3，只需保證在樣品臺(tái)2在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，激光器11照射過(guò)來(lái)的光不會(huì)照射到相鄰樣品3，對(duì)測(cè)試結(jié)果形成干擾即可。

(5)上下調(diào)節(jié)載物臺(tái)6的高度，使出射激光垂直照射在其中一個(gè)樣品3的正中心。

(6)在激光的照射下晶體樣品會(huì)發(fā)生上轉(zhuǎn)換反應(yīng)，發(fā)出熒光，將光譜儀5的光纖探頭51置于樣品3前合適位置固定。為了使測(cè)得的光譜峰值在光譜儀5的量程范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)溢出的情況，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)樣品臺(tái)2，先粗略地測(cè)試每一個(gè)待測(cè)樣品的發(fā)光光譜，使光強(qiáng)最強(qiáng)的光譜都在量程范圍內(nèi)，若超出量程，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整光纖探頭的位置。光纖光譜儀5和計(jì)算機(jī)7相連，通過(guò)光纖光譜儀5自帶的軟件，保存晶體的上轉(zhuǎn)換熒光光譜。

(7)將所得的熒光光譜數(shù)據(jù)用Origin或其它軟件分析對(duì)比。這樣，當(dāng)上述四個(gè)樣品為不同的樣品時(shí)，得到在同一條件下不同樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，可以分析對(duì)比出不同樣品之間發(fā)光特性的差異；也可以通過(guò)調(diào)節(jié)激光器11的功率得到同一樣品在不同功率下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性。

測(cè)試過(guò)程中，首先在偏振片12和透鏡13之間放一個(gè)功率計(jì)(未示出)，記下功率計(jì)上的讀數(shù)，即激光的實(shí)際入射功率，然后拿開功率計(jì)，保存樣品的上轉(zhuǎn)換熒光光譜，測(cè)量下一個(gè)樣品時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)4，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)90°，同時(shí)保存數(shù)據(jù)，當(dāng)四個(gè)樣品的數(shù)據(jù)全部測(cè)量結(jié)束后，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片12，調(diào)整激光的入射功率，并記錄當(dāng)時(shí)的功率值，進(jìn)行下一次測(cè)量。