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在当今的科学研究领域，光致发光（Photoluminescence，简称PL）这一现象备受瞩目。它指的是当物体受到外界光源（像紫外、可见或红外辐射）照射时，物体获取能量进而受激发光的过程。从量子力学的视角来阐释，此过程是物质吸收光子后跃迁至较高能级的激发态，随后又回到低能态，同时释放出光子的过程。光致荧光发光作为多种荧光形式中的一种，在半导体材料的发光特性测量方面应用广泛。例如，在研究GaN、ZnO、GaAs等半导体材料时，通常会运用特定波长（如325nm、532nm、785nm等）的激光来激发材料产生荧光，接着通过对其荧光光谱（即PL谱）的精准测量，深入剖析该材料的光学特性，像禁带宽度等重要参数都能从中得出。光致发光凭借能够提供有关材料的结构、成分以及环境原子排列等信息的优势，成为了一种在物理学、材料科学、化学以及分子生物学等众多相关领域广泛应用的非破坏性、高灵敏度分析方法。
而量子点，作为一种特殊的半导体纳米结构，近年来也崭露头角。它又被称作半导体纳米晶，其导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上均受到束缚。量子点的三维尺寸一般处于2 - 10nm范围内，呈现出近似球形的形态，并且市场上所使用的量子点材料大多为核壳结构。量子点具备诸多优良的光学特性，如激发光谱宽、发射光谱窄、荧光效率高以及生物兼容性好等。正是这些独特的纳米特性，使得量子点材料在发光器件、太阳能电池、催化、生物标记和生物医学等领域展现出广阔的应用前景，为这些领域的基础研究和应用开发带来了新的机遇与挑战。
在光致发光材料的研究进程中，荧光量子效率的计算显得尤为关键。它是衡量光致发光材料发光能力的关键指标，能够直观地反映出材料在吸收光子后转化为荧光光子的效率。荧光量子效率，又可称为荧光量子产额（quantum yield of fluorescence）或荧光效率，一般情况下，这几个术语的描述是等价的。它具体是指单位时间（秒）内，发射二次辐射荧光的光子数与吸收激发光初级辐射光子数的比值。通过这一比值，我们可以清晰地了解到荧光材料的发光能力。在实际计算中，荧光量子效率通常使用特定的公式来表达。
然而，在实际测量中，荧光量子效率的测量并非易事。其中，外量子效率是可以直接测量的对象，但内量子效率由于其测量难度较大，一般需要通过出光率来进行推算。
目前，测定荧光外量子效率的方法主要有比较测量法、量热式测量法以及直接光学测量法等几种。
比较测量法需要一个与待测粉体光学特性相近且量子效率已知的弱吸收标准粉体作为参考。这种方法虽然在理论上可行，但在实际操作中，要找到这样一个合适的标准粉体并非易事，而且测量结果的准确性也会受到标准粉体与待测粉体之间差异的影响。
量热式测量法则需要事先知道粉体的吸收曲线，同时对光源性能、热敏探头灵敏度以及仪器隔热性能等方面都有着较高的要求。而荧光粉作为一种高吸收粉体，其吸收曲线的测定本身就具有一定的难度，这也限制了量热式测量法在实际应用中的推广。
国外较为通用的直接光学测量法是对激发前后光谱进行直接测量的方法，通常可以采用分布光度计或带绝对量子效率检测仪的系统来进行测量。分布光度计虽然测量精度较高，但它需要一个较大的暗室以及高精度的位移控制设备，不仅设备价格昂贵，而且全空间测量所需的时间也较长，这在一定程度上影响了其使用效率。
相比之下，基于积分球和绝对量子效率检测仪的直接光学测量系统则具有测试原理简单、设备简易、测试方便快捷等优点。下面我们将重点对基于积分球测量的方法进行详细介绍。
积分球测量原理：积分球是一种具有高反射率内表面的空心球体，其作用是将入射光均匀地散射在球体内，从而实现对光的全方位收集和测量。在荧光量子效率的测量中，积分球能够有效地收集样品发出的荧光，并将其传输到绝对量子效率检测仪进行分析。
测量步骤：第一步：在测试系统搭建完成后，首先不放置样品，让激光直接照射进入积分球内，记录此时的光谱数据。第二步：将样品放置在积分球中心稍偏离入射光的位置，再次测量并记录光谱数据。第三步：将样品放置在积分球中心，进行最后一次测量并记录光谱数据。（有时也可以将样品放置在球壁开口处，测量步骤与放在球中心相同）
数据计算：测量完成后，将获得的测试数据按照特定的公式进行计算，从而得出荧光量子效率的数值。
半球法测试方案原理：半球法是在经典三步测量法的基础上发展而来的一种测量方法。它采用了半球形的积分球结构，通过将样品放置在半球形积分球的特定位置，利用半球形积分球对光的收集和散射特性，实现对荧光量子效率的测量。
半球法的优势（与整个积分球测量方式对比）：量子效率测量更高效快速。半球法由于其结构相对简单，光路较短，能够更快地完成测量过程，提高了测量效率。样品安装方便，易于添加附属的供电或温控模块。半球法的样品安装位置相对灵活，便于操作人员进行样品的安装和更换，同时也方便在测量过程中添加一些附属的设备，如供电模块或温控模块，以满足不同样品的测量需求。
缺点：半球法也存在一些不足之处。例如，平面镜反光涂层与积分球内漫反射材料的光学特性不一致，这可能会对测量结果产生一定的影响。此外，半球的价格相对较高，也在一定程度上增加了测量成本。
典型搭建推荐：在实际应用中，为了确保测量结果的准确性和可靠性，需要根据具体的测量需求和样品特性，选择合适的积分球半球法测量系统搭建方案。例如，可以选择具有高反射率内表面的半球形积分球，搭配高灵敏度、低杂散光的绝对量子效率检测仪以及稳定的光源等设备，以实现对荧光量子效率的精确测量。
在荧光量子效率测量领域，景颐光电凭借其卓越的技术研发实力，推出了一款自主研发的荧光量子效率测试仪——JY-QEY6500-PL。这款测试仪具有诸多显著的特点和优势，为相关领域的研究和应用提供了有力的支持。
JY-QEY6500-PL型量子效率测量仪的测量稳定、快速、可靠。该系统主要用于材料（溶液、粉末、薄膜）荧光量子效率的测量，其测试系统经过可溯源的光源进行定标，能够进行准确的绝对量子产率、色度测量，同时还可以实现光致发光谱的测量和记录。在操作方面，除了更换光源、取放样品等必要的手动操作外，其他测量所需的操作都可以在软件界面上轻松完成，实现了自动化测量，大大提高了测量效率和准确性。此外，该系统结构简单，操作方便，对于操作人员的技术要求相对较低，即使是初学者也能够快速上手。
相比于传统荧光光谱仪，JY-QEY6500-PL型量子效率测量仪具有体积小、使用方便等优点。它为相关高校和科研单位提供了一种低成本的荧光探测和量子效率测量解决方案，能够满足不同用户的测量需求。无论是在基础研究领域，还是在实际应用开发中，JY-QEY6500-PL型量子效率测量仪都具有广泛的应用前景和重要的实用价值。
光致发光的荧光量子效率计算作为光致发光材料研究中的关键环节，对于深入了解材料的光学特性和发光机制具有重要意义。随着科学技术的不断发展，各种先进的测量方法和设备也在不断涌现，为荧光量子效率的精确测量提供了有力的保障。景颐光电的JY-QEY6500-PL型荧光量子效率测试仪作为一款具有创新性和实用性的测量设备，在荧光量子效率测量领域展现出了独特的优势和广阔的应用前景。相信在未来的发展中，随着技术的不断进步和完善，荧光量子效率测量技术将会为光致发光材料的研究和应用带来更多的突破和创新，推动相关领域的快速发展。
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