[发明专利]一种用于脉冲电流激发的荧光寿命探测装置

说明书

本公开提供一种用于脉冲电流激发的荧光寿命探测装置，包括：中控单元，用于发出触发信号，所述触发信号包括第一触发信号、第二触发信号、以及第三触发信号；脉冲发生器，用于在第一触发信号作用下，生成脉冲电流，所述脉冲电流作用于待测样品；激光器，用于在第二触发信号作用下，发出与所述脉冲电流同频率的脉冲激光；数据采集单元，用于对所述脉冲激光进行处理后照射待测样品，并收集所述待测样品被所述脉冲电流作用前后产生的样品荧光后，将所述样品荧光转换为样品荧光强度电信号；以及数据处理及成像单元，用于对所述样品荧光强度电信号进行处理获得样品荧光寿命图像。

技术领域

本公开涉及荧光寿命探测技术领域，尤其涉及一种用于脉冲电流激发的荧光寿命探测装置。

背景技术

荧光物质可以吸收照射在其上的光子，使得基态电子被激发致激发态。而处于激发态的电子受到微小扰动时会以自发辐射跃迁和无辐射跃迁两种形式回到基态，而荧光物质的荧光寿命主要由自发辐射跃迁寿命和无辐射跃迁寿命来决定。

荧光物质的荧光寿命是指在激发停止时荧光物质的荧光强度下降到荧光最大强度的1/e所需要的时间。而我们可以从荧光寿命获得载流子的动力学过程，以及辐射寿命、非辐射寿命，能量转移等信息。并且相较于光致发光光强，荧光寿命不受激发光强的影响，因而可以更为准确的获得荧光物质发射荧光时的信息。

目前已有测量荧光寿命的方法有时间相关单光子计数方法(time-correlatedsingle-photon counting，TCSPC)，闪频技术(strobe techniques)，相调制法(phasemodulation methods)，条纹相机(streak cameras)，上转换法(up-conversion methods)。TCSPC是目前主要应用的荧光寿命测定技术。荧光寿命通常在皮秒到微秒量级，在如此短的时间尺度上测量，TCSPC技术是最为成熟准确的测试手段。

而荧光寿命会受到温度，环境，带电性，及外场的影响而发生变化。可以通过分析荧光寿命随这环境、温度、带电性和外场等因素变化时的变化信息来获得荧光物质随着上述条件变化时的理化性质变化信息。

在LED、电致激光、光探测器和太阳能电池等领域中需要电流激发，电流激发时样品理化性质随着电流注入的瞬时变化在研究此类器件原理及改善器件性能方面极其重要，然而目前还没有一个有效的手段来获取电流注入时上述领域样品的理化性质瞬时变化信息。

常规测试上述邻域的发光寿命的方法有TCSPC技术和瞬态电致发光(Transientelectroluminescence，Tr-EL)，TCSPC测荧光寿命及Tr-EL装置的工作原理如下：TCSPC测荧光寿命采用脉冲激光激发样品，使其从基态跃迁到激发态，并通过APD(Avalanche PhotoDiode，雪崩二极管)或PMT(Photomultiplier Tube，光电倍增管)收集不同时刻荧光强度信息，通过计数器收集并存储，通过数据处理获得待测样品的荧光寿命信息；Tr-EL装置为脉冲电信号激发，通过APD或PMT收集不同时刻电致发光强度信息，并通过计数器采集及存储，经过数据处理获得待测样品瞬态电致发光信息。但是TCSPC测荧光寿命装置受限于器激发方式为光激发，难以获得由电极注入载流子时样品的激子信息，也无法得知单电子或单空穴注入时载流子或激子信息；而Tr-EL受限于其只能测试不同时刻电致发光样品的光强信息，无法获得单一时刻载流子注入时的样品理化性质变化，同时也无法测试电激发下待测样品不发光的载流子注入不同时刻的理化性质变化。但是在LED、电致激光、光探测器及太阳能电池等器件的研究中，对于载流子注入不同时刻样品带电情况，激发态动力学受注入载流子影响，载流子扩散，缺陷态填充等信息对反应上述器件性能极为重要。由此本发明提供一种探测脉冲电流激发前后不同时刻荧光寿命变化装置，所述装置特征在与使用电激发结合光探测荧光寿命的方式，通过延时装置调整脉冲电流信号与脉冲光信号的时间差，采集脉冲电流信号与脉冲光信号的不同时间差下样品荧光寿命信息。

发明内容

(一)要解决的技术问题