文章介绍产品：光致发光测试系统

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一、什么是光致发光 (Photoluminescence，简称PL)

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。从量子力学理论上，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。

图1：光致发光 (Photoluminescence, PL) 过程的能量图

（如图1）越靠上方能阶越高，也就是能量越大，基态 (ground state) 指的是所有电子在低能阶的状态，其他有额外能量的状态则泛称 “电子的激发态 (singlet state / excited state)"。当荧光物质受到激发光的照射，原本位于基态的电子因为吸收了光的能量，因而被激发到激发态。处于激发态的电子可经多种途径回到基态。图中若电子以放光的方式释放能量回到基态，由此方式所放出的光，可广义称为 “荧光"。而此过程便称为光致发光 (Photoluminescence, PL)。

光致发光 (Photoluminescence, PL) 的过程，可分为三个阶段：首先，当光照射在物质材料上时会被吸收，被称为光激发；其次，多余的能量会被材料传递出去；最后，这多余的能量，再以发光的方式被释放掉。因此，光致发光 (Photoluminescence, PL) 是一种探测材料电子结构的方法，与材料无接触且不损坏材料，可以提供有关材料结构、成分及环境原子排列的信息。常用于带隙检测、杂质等级和缺陷检测、复合机制以及材料质量鉴定。

而荧光是光致发光现象中最常见的一种，指物质吸收特定波长的光子能量被激发后，快速跃迁回基态并释放出更长波长光子的发光过程。

二、荧光的核心特征

1、瞬时性：这是荧光与磷光（夜光）最根本的区别。荧光在激发光照射时持续发光，一旦关闭激发光源，发光瞬间停止（纳秒级）。而磷光会有“余晖”。

2、颜色变化（斯托克斯位移）：发射出的光波长总是比吸收的光波长要长，也就是颜色更偏红。

例如：

吸收看不见的紫外线 → 发出蓝色或绿色的可见光（验钞机、荧光增白剂）。

吸收高能量的蓝光 → 发出绿色、黄色或红色的光（荧光笔、某些矿物）。

PL荧光产生示意图

三、什么是PLQY？

在测光致发光 (Photoluminescence，简称PL)大家最在意的是PLQY，那什么是PLQY呢？

a：PLQY是Photoluminescence Quantum Yield的缩写，中文译为“光致发光量子产率”或“荧光量子产率”。

b：一句话定义：PLQY 衡量的是发光材料将吸收的光子转化为发射的光子的效率。 它是一个无量纲的比值，通常用百分比（%）或小数（0到1之间）表示。

公式：PLQY (%) = 发射的光子数 / 吸收的光子数

适用于样品对激发光的反射 / 散射较弱，或积分球内壁反射率极高的场景：

其中：

图2：PLQY的量测与计算

在进行光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY) 的量测时，会先量测一个空白对照组，量测出来的光谱 (黑色光谱曲线) 只有一个激发光的峰。之后再放入要测试光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY) 的样品，在相同的光强下让激发光打在样品上，量测出来的光谱 (红色光谱曲线) 除了有原来的激发光的峰之外，同时也会有一个荧光峰出现。比较两条光谱曲线，可以发现样品激发光的峰值强度会低于空白对照组的峰值强度，表示样品吸收了部分的激发光。而在样品的光谱曲线多出来的荧光峰，就是光致发光 (Photoluminescence, PL) 所产生荧光。

四、为什么要测PLQY？

1、直接反映材料的发光效率

PLQY 定义为 “材料发射的荧光光子数与吸收的激发光子数的比值”，是衡量材料将吸收的光能转化为荧光的能力的定量标准——PLQY 越高，说明材料发光效率越强（例如高性能有机发光材料的 PLQY 可接近 100%）。

2、 关联材料的应用价值

a：光电器件领域：OLED、量子点显示、荧光传感器等器件的性能（亮度、灵敏度）直接依赖 PLQY，高 PLQY 材料是器件高性能的基础；

b：生物医学领域：荧光探针、细胞成像试剂的 PLQY 决定了检测信号的强弱，低 PLQY 会导致信号弱、易被背景干扰。

3、辅助分析材料的缺陷与性能损耗

PLQY 的降低通常对应材料存在非辐射复合过程（如缺陷态捕获载流子、分子间聚集淬灭），通过 PLQY 的变化可分析材料的缺陷密度、界面质量、稳定性等关键特性（例如二维材料转移过程中残留的聚合物会降低其 PLQY）。

4、是材料性能对比的统一基准

不同材料的荧光强度受激发光功率、测试条件影响大，但 PLQY 是归一化的定量指标，可直接用于不同材料、不同批次样品的发光性能对比。

五：如何测量 PLQY ?

1、第一种量测光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY) 的方法是采用比较法。比较法是过去较被经常使用的一种方法，其使用一些已知光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY) 数值的参考标准，分别量测参考标准，以及研究材料的对激发光的吸收率和发射的荧光光强，然后对照比较得到研究材料的光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY) 数值。但使用比较法有许多缺点与限制，包含可以用来作为参考标准的物质不多，也需要找到与研究材料对激发与吸收特性接近的参考标准。而且每一次实验都要做额外的参考标准制备，大大地增加实验的花费与时间。

2、第二种量测光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY) 的方法是绝对量子产率测量方法，也就是直接使用积分球来量测光致发光量子产率 (Photoluminescence Quantum Yield, PLQY)。无需标准参比样品，摆脱匹配限制，直接获取绝对值结果，精度更高。适用于所有发光材料（薄膜、粉末、溶液等）

积分球是一个内壁涂有高反射率漫反射材料（如聚四氟乙烯、硫酸钡）的空心球体，能将入射光和样品发射的荧光进行多次漫反射，确保收集到100% 的光信号，消除光路损耗的影响。

（1）、PLQY积分球测量系统的主要组成部分（稳态 PL 系统）

a：积分球：内壁（如涂覆Spectralon®或硫酸钡）需在宽波长范围（如250-2500 nm）内具有高反射率，以均匀散射光。

b：激发光源：连续或脉冲光源，提供特定波长激发光。常用激光、LED。

c：探测系统：光谱仪，必须进行光谱响应校准。

d：样品架：固体/液体样品仓，用于放置待测样品，设计需考虑防污染（如底部装样）和几何定位。

e：控制与计算：软件系统，控制测量流程，自动采集空白和样品的光谱，并依据标准公式计算PLQY。

（2）、适用样品类型

a：固体粉末：荧光粉、量子点粉末、钙钛矿粉末。

b：薄膜/涂层：钙钛矿薄膜、OLED薄膜、旋涂/蒸镀功能层。

c：液体/溶液：量子点溶液、有机染料溶液、荧光分子溶液。

d：块体/单晶：钙钛矿单晶、有机单晶。

不同样品发光示意图

六、应用领域

1、显示与照明：评估和优化发光材料的效率，是实现高亮度、低能耗器件的关键。

2、新能源技术：评估钙钛矿等薄膜的发光效率，间接反映其作为太阳能电池时的缺陷与非辐射复合损耗，指导工艺优化。

3、生物医学与成像：量化荧光探针的发光效率，直接决定成像的灵敏度和信噪比，是开发新型诊断工具的基础。

4、先进材料研究：作为基础性能指标，用于筛选、评估和开发各类新型发光材料与结构。

5、光化学与传感：评估光敏剂产生单线态氧等活性物质的效率（光动力治疗），或监测因分析物结合导致的发光猝灭（传感器开发）。

PLQY积分球测量系统产品示意图

以下数据测试条件：

1、光纤耦合LED光源：工作波长：375nm，型号：FLS375-10

2、制冷型光纤光谱仪：波长范围：200-1100nm，型号：Ficr

3、谱量光电 光致发光测试积分球

薄膜样品，PL测试数据示意图（375nm为激发光波段，532nm为荧光波段）

薄膜样品，PL测试数据示意图（375nm为激发光波段，532nm为荧光波段）

无样品时，激发光波段的探测器信号（375nm波长）

PL荧光产生示意图