在光電材料研究的前沿領(lǐng)域，電壓放大器已成為探索材料在電場作用下發(fā)光特性的關(guān)鍵工具。這種被稱為電致發(fā)光的現(xiàn)象，不僅是現(xiàn)代顯示與照明技術(shù)的物理基礎(chǔ)，更是研究材料光電轉(zhuǎn)換機制、能帶結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)動力學(xué)過程的重要窗口。

電致發(fā)光研究面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)：材料啟輝需要足夠高的電場強度；發(fā)光過程涉及載流子注入、傳輸、復(fù)合及能量轉(zhuǎn)移等多個環(huán)節(jié)；信號通常極其微弱且響應(yīng)快速。電壓放大器憑借其獨特的性能優(yōu)勢，成為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的不可或缺的工具：

提供高強度精準電場：電壓放大器能將低電壓控制信號精確放大，為被測材料提供穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)的高強度電場，滿足不同材料的啟輝電壓需求。

實現(xiàn)復(fù)雜波形驅(qū)動：通過輸出直流、交流、脈沖及各種定制波形，電壓放大器能靈活調(diào)控驅(qū)動條件，研究不同電場模式下的發(fā)光動力學(xué)過程。

放大微弱光電信號：配合高靈敏度探測器，電壓放大器可進一步放大由光電效應(yīng)產(chǎn)生的微弱電流或電壓信號，提升信噪比，使檢測極微弱發(fā)光成為可能。

圖：量子點薄膜研究實驗

電壓放大器在電致發(fā)光研究中的典型應(yīng)用場景：

1.無機半導(dǎo)體量子點的電場發(fā)光調(diào)控

在膠體量子點電致發(fā)光研究中，電壓放大器可提供精密的脈沖電場序列，通過調(diào)控脈沖寬度、頻率和幅度，精確控制載流子注入平衡。例如，在CdSe/ZnS核殼結(jié)構(gòu)量子點薄膜研究中，采用ATA-2048高壓放大器（帶寬：DC~1MHz，輸出電壓：±200V）施加微秒級脈沖電場，成功實現(xiàn)了外量子效率超過8%的藍光發(fā)射，為量子點發(fā)光二極管（QLED）的性能優(yōu)化提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

2.有機發(fā)光分子（OLED）的載流子輸運特性表征

有機小分子和聚合物的電致發(fā)光性能強烈依賴于載流子注入與傳輸平衡。研究人員利用高壓放大器構(gòu)建了一套精準的電致發(fā)光測試系統(tǒng)，通過掃描電壓-亮度-電流密度特性曲線，結(jié)合阻抗譜分析，深入揭示了新型熱活化延遲熒光（TADF）材料中三態(tài)激子的利用機制，為開發(fā)高效率OLED器件提供了理論指導(dǎo)。

圖：電壓放大器在電致發(fā)光纖維的特性研究中的應(yīng)用

3.絕緣材料的場致發(fā)光與缺陷態(tài)分析

在某些寬禁帶絕緣材料中，電場誘導(dǎo)的發(fā)光現(xiàn)象與材料內(nèi)部的缺陷態(tài)密切相關(guān)。電壓放大器可輸出緩慢掃描的斜坡電壓，同時監(jiān)測發(fā)光強度隨電場強度的變化關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn)，在氧化鋁薄膜中，發(fā)光閾值約為3.5MV/cm，且在特定波長處的發(fā)光強度與制備過程中形成的氧空位濃度呈正相關(guān)，這為評估介電薄膜質(zhì)量提供了無損檢測方法。

4.鈣鈦礦電致發(fā)光器件的瞬態(tài)特性研究

金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的電致發(fā)光潛力，但其發(fā)光過程涉及復(fù)雜的離子遷移和相分離現(xiàn)象。利用ATA-2042高壓放大器（帶寬：DC~500kHz，輸出電壓：±200VP）的快脈沖響應(yīng)特性，研究人員對MAPbI?鈣鈦礦LED施加納秒級電脈沖，成功捕捉到發(fā)光弛豫過程中的雙指數(shù)衰減特征，揭示了離子遷移對器件效率滾降的影響機制。

圖：ATA-2042高壓放大器指標參數(shù)

電致發(fā)光測試系統(tǒng)的核心組成與關(guān)鍵技術(shù)：

一個完整的電致發(fā)光研究系統(tǒng)通常包含以下幾個核心部分：

精密電壓放大器：作為系統(tǒng)的“驅(qū)動心臟”，需具備高穩(wěn)定性、低噪聲和快速響應(yīng)特性。

光電探測模塊：包括光電倍增管（PMT）、硅光電二極管或雪崩光電二極管（APD）等，用于將光子信號轉(zhuǎn)換為電信號。

光譜分析單元：采用單色儀或光譜儀，解析發(fā)光的光譜分布，獲取發(fā)光顏色、色純度等信息。

時序控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：實現(xiàn)電場施加與信號采集的精確同步，捕捉瞬態(tài)發(fā)光過程。

環(huán)境控制單元：提供溫度、氣氛可控的測試環(huán)境，排除外界因素干擾。

圖：ATA-2000系列高壓放大器的指標參數(shù)

電壓放大器作為電致發(fā)光研究中的核心設(shè)備，不僅為材料提供了必要的外部激發(fā)電場，更通過其精確的波形控制和信號放大能力，使研究人員能夠深入探索材料在電場作用下的發(fā)光機理。從傳統(tǒng)的無機半導(dǎo)體到新興的鈣鈦礦材料，從穩(wěn)態(tài)發(fā)光到瞬態(tài)動力學(xué)過程，電壓放大器持續(xù)推動著光電材料基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用的邊界拓展。

審核編輯 黃宇