[发明专利]一种专用光致发光光谱测量的CCD光谱仪

说明书

本发明记载了一种专用光致发光光谱测量的CCD光谱仪，包括入射狭缝、准直镜、光栅、成像反射镜以及CCD探测器；在CCD探测器与成像反射镜之间设置有伸缩式陷光挡板，且陷光挡板为低反射率挡板。由于采用了上述技术，本发明通过在现有光谱仪的CCD探测器面前增加一个陷光用的陷光挡板，该陷光挡板的位置可以根据激发峰的波长进行位置调节以确保该激发峰被挡住，而仅通过发射峰。此时，可以对发射峰进行重新曝光，以便增加曝光时间，由于激发峰被遮挡使得曝光时间可以加长，从而形成更高的饱和度，并增加光谱的测量质量，此时信号的信噪比远远高于有激发峰一同存在情况下的发射谱光谱信号，从而达到了准确测量低量子效率物质等目的。

技术领域

本发明涉及光谱仪技术领域，尤其涉及一种专门用来测量光致发光的改进型CCD光栅光谱仪。

背景技术

光致发光(Photoluminescence，简称PL)是冷发光的一种，指物质吸收光子(或电磁波)后重新辐射出光子(或电磁波)的过程。从量子力学理论来说，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。光致发光可按延迟时间分为荧光(Fluorescence)和磷光(Phosphorescence)。

光致发光的基本原理为：光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧光。

如今，光致发光最普遍的应用为日光灯和白光LED。其中：

日光灯是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。此外，“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。

单晶型白光LED，即一只单色(蓝色)的LED发光二极管加上相应的荧光粉，产生黄色的荧光，荧光部分与蓝色光部分合成，产生白光，就如同日光灯的发光方式一样，采用LED发光二极管激发荧光粉发光。通常采用两种方式，一种方式是蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光，另一种方式是紫外光LED激发RGB三波长荧光粉来产生白光。

由于光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。

在上述分析方法中，量子效率是一项十分重要的指标，其定义为：当一束光打到荧光样品上时，吸收激发光并产生波长不同的发射光，那么产生的荧光的强和弱通常用量子效率来定义，效率高代表激发光吸收多，既能量转换先由光能转换为势能，再由势能转换为光能。其中，转换出来的光的量与入射光的量的对比叫做外量子效率，而荧光的量与吸收光的能量的比值叫做内量子效率，即：

内量子效率＝发射光功率/吸收光功率

外量子效率＝发射光功率/激发光功率

同时，在荧光光谱中，激发光和发射光的波长位置不一样，发射光和激发光的强度不同，发射光的谱带宽度和激发光的不一样。对于高量子效率的荧光，激发光和发射光的信号强度是可比的，对于低量子效率，尤其是类似上转换等材料的量子效率测量，发射光极其微弱，有时发射光的强度甚至是激发光的百分之一以下，因此测量荧光尤其是低量子效率的荧光时，对发射光的测量精度便存在一个很高的要求。在实际分析中，有时发射光与激发光的强度相差近4个数量级。