Способ определения абсолютного квантового выхода люминесценции

 

Изобретение относится к оптическим измерениям. Цель - повышение правильности . Образец облучают излучением с известным распределением мощности вдоль пространственных координат и измеряют яркость свечения вдоль тех же координат.

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я> 6 01 М 21/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Л

1 . «fr. «)

<. б 1

««) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4648825/25 (22) 13.12.88 (46) 30,11.91. Бюл. ¹ 44

t (71) Гомельский государственный университет (72) В. И. Кондратенко, М. Ю, Першина, В. В, Сытько и Н, И, Алешкевич (53) 543.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1126847, кл. G 01 N 21/63, 1983, Галанин М. Д. и др. Измерение квантового выхода фотолюминесценции растворов красителей методом Вавилова и методом интегрирую цей сферы. - Оптика и спектроскопия. Т. 53,1982, вып. 4, с. 684 — 685, Изобретение о носится к оптическим измерениям, а именно к измерению квантового выхода люминесценции, и может быть использовано в светотехнике для определе-. ния эффективности люминофоров, а также в научных исследованиях.

Известен Способ измерения абсолютного квантового выхода люминесценции, заключающийся в том, что образец и эталонный экран с высоким коэффициентом отражения поочередно помещают внутрь интегрирующей сферы в облучающий поток монохроматического излучения, а об абсолютном квантовом выходе судят по соотношению между суммируемыми сферой полными потоками излучения люминесценции исследуемого образца и возбуждающего излучения, рассеянного эталонным экраном.

Для реализации этого способа известно устройство для определения квантового выхода люминесценции, содержащее источник излучения, монохроматор, интег„„SU „„1695189 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО КВАНТОВОГО ВЫХОДА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ (57) Изобретение относится к оптическим измерениям, Цель — повышение правильности. Образец облучают излучением с известным распределением мощности вдоль пространственных координат и измеряют яркость свечения вдоль тех же координат..

Ф рирующую сферу, эталонный экран с высоким коэффициентом диффузного отражения, находящийся внутри сф .ры, и фотоприемник. Измерение абсолютного квантового выхода проводится путем непосредственного сравнения суммируемых сферой полных потоков излучения люминесценции (l) от исследуемого образца, помещенного вовнутрь сферы, и возбуждающего излучения (4). рассеянного эталонным экраном.

Величина абсолютного квантового выхода люминесценции определяется по формуле

Ре 0 — Те — RE P

g= — R

Р 1 TE ЯЕ где Ре, Рь,Те, RE . — спектральные чувствительности (P) коэффициенты пропускания и отражения на длинах волн люминесценции (1 ) и возбуждающего света (Е) соответственно. о — измеряемое отношение для суммы потоков света люминисценции li =- g (1-Те1695189

-AE)i< и возбуждающего света, непоглощенного образцом, 4(1 — Гк-RE), к 4, Н едоста ками дан ного способа я вля ютСя, во-первых. чевозможность учета перепоглощения излучения люминесценции, что 5 даст значительно заниженные значения квантового выхода люминесценции, во-вторых, для веществ с высоким квантовь м

ыходом перепоглощение люминесцении сопровождается вторичным излучени- 10 м, котaðaå обладает равномерной

;аправлен остью, нто повышает квантаый выход, в-третьих., коэффициент диф<рузного отражения эталонного экрана зависит о; способа нанесения экрана, дли- 15 ! н ы волны возбуждающего света (особенно в

V<)-диапазоне), что вносит дополнительную ошибку- 10 р.

Известен также способ измерения ! квантового выхода люминесценции, заклю- 20 вдающийся в том, что исследуемый образец и рассеивающий экран поочередно облучают монохроматическим излучением, а о величине квантового выхода судят по соотношению между полным потоком рас- 25 сеянного на окиси магния возбуждающего света и полным потоком излучения люминесцснции, Для реализации данного способа известчо устройство для измерения квантового 30 выхода л!аминесценции, содержащее источник излучения, монохроматор (набор светофильтров дпя выделения определенной длины волны), рассеиватель, фотоприемник, узел крепления образца. Квантовый 35 выход измеряется путем прямого сравнения потока излучения люминесценции и рассеянного на слое Мд возбужда,ои.:,его света. Квантовый выход вычисляется по формуле 40

4п Sl il.L ц= — aR, ьй где а ---1! (1-В ц(1-К();

BE, RL — коэффициенты отражения воз- 45 бу>кдающв о (Е) света и в люминесценции (L) на выходном окне кюветы и на границе раствор-входное окно„

R — коэффициент рассеяния MgO; .. !(, .1. — Средние длины волн люминес- 50 цении и возбуя<дения; >

4п" -- учет различия диаграмм направленности лк>минесценции и рассеяния.

Существен н и м недостатком этого устройства (к".ê и предыдущего) является неу- 55 чет ягления перепоглощения на длине волны люминесценции, а для веществ с высоким квантовым выходом- перепоглощения и последующего реэонансногa возбуждения люминесценции. Кроме того, необходим учет диаграммы направленности излучения люминесценции и рассеянного света, Цель изобретения — повышение точности определения абсолютного квантового выхода люминесценции путем учета поглощения на длине волны люминесценции.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый способ для измерения величины квантового выхода люминесценции заключается в том, что исследуемый образец облучают пучком монохроматического излучения с заданными энергетическими характеристиками, измеряют энергетические характеристики излучения поминесценции и по соотношению между характеристиками возбуждающего излучения и характеристиками излучения люминесценции судят о величине абсолютного квантового выхода люминесценции, и отличается тем, что измеряют распределение яркости свечения поверхности образца на длине волны люминесценции и о величине абсолютного квантового выхода люминесценции судят по отношению между распределением мощности в поперечном сечении пучка возбу>кдающего излучения и распределением яркости свечения поверхности образца на длине волны люминесценции.

Для реализации данного способа используют устройство, содержащее источник возбуждения люминесценции, формирующую оптическую систему, узел . <репления образца и сканируемый селе.<тивный фотоприемник, в котором с цепью повышения точности определения величины квантового выхода люминесценции за счет учета поглощения излучения люминесценции дополнительно раэмешен на оптической оси фотоприемника пространственный оптический фильтр, выделяющий излучение поверхности образца в окрестности точки, определяемой положением фотоприемника.

При этом значение квантового выхода .определяется численным решением интегрального уравнения, описывающего распределение яркости образца на длине волны люминесценции, yf y gx x f%ß(@ K 7. +1:: ".о + Яо 1

4 "r(z + (x-xa) + (у<о) . где кр, к — поглощение на длине волны поглощения и люминесценции; — квантовый выход люминесценции.

На чертеже представлен вариант исполнения предложенного устройства.

1695189

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения (лазер ЛГИ-21 или

ЛЖИ-402), коллиматор, выполненный в виде соосно-конфокально расположенных линз 2, 3 с диафрагмой 4, размещенной в фокальной плоскости обеих линз; светоделительную пластинку 5, устройство б креп-. ления образца, фильтр пространственных частот, образованный линзами 7-9 и диаф.рагмой 10, два фотоприемника 11, 1" и устройство 13 регйстрации и обоаботки сигналов. С целью упрощения процесса измерения излучения возбуждения представляет собой равномеоный в г1оперечном сечении пучок аксиальной симметрии, а фотоприемник с пространственным фильтром фиксируется на выделение излучения окрестности точки пересечения поверхности образца и оси симметрии пучка возбуждающего излучения. В качестве фотоприемников 11, 12 применяют ФЭУ с максимальной чувствительностью в области люминесценции образца и возбуждающего излучения соответственно, При этом определение квантового Bbl хода производится по формуле, являющейся частным случаем формулы {1), т,е. в„(= (- ",- a»»Iz, (г . т) к i L»I ехр(- » - кф... + I» z л», 2 «2 .4/1

j где 4 " квантовый выход люминесценции;

R(> — о; рах<е IM8 HB дли "ie BGRHbl воэбужДЕН(.4Я, (Ср — ПОГЛО.ЦСНИ8 На длинЕ ВОЛНЫ ВОЗСуждения Б"{г) — интенсивность возбуждающего

ИЯЛУЧ8Н ИЯ, К вЂ” ПОгЛОЩЕ,,Vie На ДЛИНЕ ВОЛНЫ Л>ОМИH8CЦ8НЦИИ;

Z — толщина образца

r -- диамер л -чка возбуждающего света, падающего на Образ8Ц.

Решение бранного интеграла при услоМ вии 1/ yр « ." «с,, О (r 1 г

2:; Кр+К, 1 «- ; — " — -- I ï(1 Ь вЂ” -)) + д, .гр (кр +;с ),„- jI) Лр где д — ф нкцив пРоизведениЯ го кр пРи

Увеличении кр и гq о О, т.е.

2 Ь1(гугр(кр -. х4

Б (Г)Рр(гр +»ср ссср + ((;) !п (1 + Р)) Предложенные способ и устройство для измерения квантового выхода основыва отся í- произведенном теоретическом расчете и экспериментальном измерении яркости

5 свечения поверхности люминесцирующего ооразца при учете поглощения на длине волчы люминесц8нции.

Введение в устройство для измерения квантового выхода дополнительно фильтра

10 пространственных частот, позволяющего проводить измерение яркости свечения поверхности образца в выбранной точке позволяет существенно повысить точность определения квантового выхода люминес15 ценции, особенно в случае большого значения показателей поглощения, Формула изобретения

20 Способ определения абсолютного квантового выхода люминесценции, включаюший облучение исследуемого образца пучком монохроматического излучения с заданными энергетическими характери25 стиками, измерение энергетических характерисгик излучения люминесценции и определение абсолютного квантового выхода по соотношению между характеристиками возбуждающего излучения и

30 характеристиками излучения люминесценции, о т л и ч а ю i и и с я тем, i fo, с целью г;с вь.щения I çee÷ëüíoñòè результатов оп;,=„цел« " I за cdlет v e «» пori ad((ения на длине волны люминесценции, образец

35 облучаю; из:»чением с. известным расПрвдЕЛЕ iV8M МОщНОСтИ ьдОЛЬ lðOÑòðàíñòвенных координат X. Y, измеряют распределение яркости свечения образца на длине волнь люминесценции вдоль коор40 динат X, Y и с учетом eel ччин поглощения на длине волны поглощения кр и длине волны люминесценции к рассчитывают абсолютный квантовый восход люминесценции по формуле

*j ) (»» « " - — — « « — — — 1 dyd

4 «(Р + (х- со) + (у-уог} где -- кв-н-:овый выходлюминесценции;

50 S (x, у1 —. интенсивность., возбуждающеГО ИЗЛУЧ8НИЯ;

Ых,, y,) - яркость образца на длине вол(ь: л.оминесценции;

-" — толщина образца, а оси Х, Y, Z обра55 эую(декартсву систему координат.

1695189

Составитель О. Бадтиева

Техред М.Моргентэл Корректор H. Король

Редактор М. Келемеш

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4157 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5