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一眼万年,滨松技术工程师铃木健吾和量子效率仪器的20年“情缘”

2025-06-30

浏览量(25)

导读:PLQY测试产品的开发过程并非一路坦途,装置可靠性证明从项目启动到论文发表耗时4年,历经成百上千次实验,这是工程师对科学精神的敬畏践行。

在滨松光子学株式会社(以下简称“滨松”)日本总部研发中心的实验室里,一位每天自带简餐、午餐后迅速投入工作的工程师,用超过25年的职业生涯,深耕于荧光量子效率测量领域他是铃木健吾,滨松系统事业部设计部第8部门技术工程师,是全球顶尖的绝对量子效率测量仪(Quantaurus-QY 系列)研发核心人物,也是将发光量子效率(PLQY)推向新高度的关键推手。近日,仪器信息网有幸采访了铃木先生,访谈从光化学博士到行业技术革新者,从日本总部到中国市场,他的故事串联起一款科学仪器从实验室走向产业前沿的完整脉络,更诠释了滨松以客户需求为原点产品进化逻辑

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技术原点:从实验室到产业化的初代突破
2000年4月,当铃木健吾带着群马大学光化学博士学位踏入滨松总部时,他未曾预见,自己即将投身一项改变行业测量标准的技术攻坚。
“学生时代,我使用的光电倍增管便是滨松的产品。” 铃木先生回忆往昔。彼时,滨松已凭借光电探测器声名远扬,而铃木先生的家乡——诞生了日本第一台全电子式电视机的滨松市,正悄然酝酿着一场新的技术革命。初入公司的他,毅然选择挑战完全陌生的光学设计领域,“那段时光充满艰辛,却为后续的产品开发筑牢根基”。
此后,铃木健吾主导开发初代绝对量子效率测试系统C9920-02,就此开启“绝对法” 应用的篇章。时至今日,他仍专注于绝对量子效率测试仪Quantaurus-QY系列、小型荧光寿命测量装置Quantaurus-Tau等产品的研发工作。
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产学共振:学术需求催生商业化测量系统
产学跨界合作催生初代测量系统
2004 年,有机EL作为下一代发光器件的热度飙升,其产业化阶段即将开启。有机EL器件的产品化面临诸多课题,其中开发用于有机EL材料的发光材料是重要课题之一,特别是提高发光材料的发光量子效率。而有机EL领域使用的是薄膜状发光材料,但薄膜状发光材料的 PLQY 测量仍是空白。传统相对法仅适用于溶液,而绝对法因装置复杂难以普及。彼时,安达千波矢教授正投身于有机EL材料及器件的研究,在发光材料评估方面,除了使用条纹相机进行发光寿命测量外,还构建了将多通道光谱仪C10027与积分球相结合的测量系统,用于测量固体材料的发光量子效率。铃木健吾在拜访安达教授时,安达教授向滨松提出了共同开发发光量子效率测量装置的邀请——这便是C9920-02原型机开发的由来。
用学术届的方式:通过论文发表为C9920-02绝对法系统正名
在材料科学领域,固体材料的测量与溶液测量截然不同,传统相对法已难以满足其精准测量的需求。早期的绝对法虽有尝试,但因误差较大、系统不稳定等问题,逐渐被学术界所摒弃。然而,突破总是伴随着不懈的追求。铃木先生经过两年的理论钻研、模型构建、配件选型与反复调试,提出了一套全新的绝对法测量系统。该系统C9920-02集成了多通道光谱仪、积分球和激发光源,凭借其更高的稳定性和精准度,为固体材料发光量子效率的测量带来了全新的解决方案。
C9920-02的诞生并非一帆风顺。在初期,当这套系统用于测量有机EL发光材料时,竟得到了高达90%的量子效率值,这一结果几乎是文献资料的两倍。如此高的数值让铃木先生也对自己的成果产生了怀疑。为了验证这一结果,铃木先生与九州大学安达教授团队、群马大学飞田成史团队等展开了反复的实验验证。经过严谨的测试与分析,最终确认了这一结果的真实性和可靠性。2008年,相关研究成果发表在《Chemical Physics Letters》上,引发了学术界的广泛关注与讨论。然而,凭借过硬的论证过程和实验数据,以及越来越多客户的使用反馈,质疑声逐渐消散。

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Chemical Physics Letters, Volume 460, Pages 155 - 157》成果发表截图

此外,铃木健吾团队还与产业技术综合研究所的加藤隆二团队、筑波大学的德丸克己团队共同测量了有机物的晶体发光量子效率,并在学术论文《The Journal of Physical Chemistry C》上进行了报道。

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The Journal of Physical Chemistry C, Volume 113, Pages 2961-2965》成果发表截图

然而,质疑并未完全平息。即使《Chemical Physics Letters》的论文展示了C9920-02在特定有机材料上的惊人结果,一个更根本性的问题依然悬而未决:这套基于积分球绝对法的新系统,其普适性和基础可靠性究竟如何? 面对业界对“绝对法测量本身”的持续拷问,铃木健吾深知,仅靠单一材料的成功案例和外部验证不足以彻底消除疑虑,必须从测量原理的底层逻辑和系统溯源性上提供无可辩驳的证据。

为此,他再次将目光投向严谨的学术论证。2009年,团队在《Physical Chemistry Chemical Physics》期刊上发表了具有里程碑意义的研究。这篇论文的核心目标直指质疑的核心——绝对法的可靠性证明。文章不仅阐述了由高精度多通道光谱仪、积分球及激发光源构成的C9920-02系统如何实现绝对法测量(这本身是对前文所述技术实现的深化和标准化),更关键的是,基准物质验证: 系统性地引入并评估了一系列经过严格认证的光学标准物质(如标准荧光体)。 通过使用这些具有已知、稳定量子效率值的基准物质,对C9920-02系统进行了全方位的“校准”和“能力验证”。 实验数据清晰地证明,该系统不仅能复现基准物质的已知效率值,而且在不同基准物质、不同效率水平上均表现出卓越的准确性、重复性和稳定性。

这篇论文以其严谨的设计、详实的数据和对测量溯源的深刻阐述,产生了巨大的学术影响力(引用超1000次)。 它带来的深远影响远超预期,其结论和方法直接推动了国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)启动全球发光量子效率测量标准化指南的制定工作,为整个领域建立了统一的测量规范。

凭借扎实的溯源验证和普适性证明,C9920-02所代表的积分球绝对法,终于彻底扫清了早年的质疑阴霾, 从一项颠覆性的技术突破,演进成为全球发光材料研究领域无可争议的金标准。 如今,这一方法已被全球超过3000家顶尖实验室所采纳和应用,深刻重塑了发光材料量子效率测量的格局。

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Physical Chemistry Chemical Physics, Volume 11, Pages 9850 - 9860, 2009》成果发表截图

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开拓市场:中国市场本地化服务体系建立

基于C9920-02系统,铃木健吾团队进一步实现了技术的产品化落地,推出了高度集成化的紧凑型设备——Quantaurus-QY。 该产品通过将核心组件(高灵敏度多通道光谱仪、积分球、精密激发光源及控制系统)高度集成于单一机箱内,显著提升了设备的操作便捷性与系统稳定性,降低了使用门槛。Quantaurus-QY的推出,加速了滨松的产品在发光材料领域的应用。此时,正值中国发光材料研究的起步,滨松Quantaurus系列产品也于2010年正式进入中国市场

然而,当Quantaurus-QY进入中国市场初期,其推广面临显著挑战。 中国客户对于这一基于全新绝对法原理的设备认知有限,充分理解其相较于传统方法的技术优势(如无需参比物、测量精度高、固液兼容性好) 并建立信任并非易事。

秉承着滨松集团提出的“In China,for China”的思想,铃木健吾团队采取了关键的本地化策略:协助滨松中国的技术团队,构建了完善的技术支持与服务体系。 建立覆盖多类典型发光材料(如OLED、钙钛矿、量子点、稀土荧光粉) 的本土化应用方案库。这为中国科研人员与产业工程师提供了即用型的测试范例与最佳实践指南,极大缩短了学习曲线,提升了设备利用率。

与此同时,铃木先生帮助滨松中国一起建立了高效的本地化服务体系,彻底解决了进口精密仪器普遍面临的“售后响应慢、维护成本高、技术支持难”等痛点,为中国客户提供了极致的售后便利性,保障了设备的高效稳定运行,显著降低了用户的总拥有成本(TCO)。

在铃木先生的帮助下,滨松Quantaurus-QY及其配套的深度本土化服务体系的成功构建,不仅推动了该设备在中国科研机构与产业界的广泛应用,更实质性地加速了中国发光材料领域的研究进展与产业化进程。 通过提供国际领先且易于使用的绝对法量子效率测量工具,并辅以无后顾之忧的本土化服务保障,滨松为中国科学家和工程师在新型发光材料开发、性能优化及机理研究中提供了坚实可靠的基础设施支撑,有力助推了中国在该领域的创新活力与国际竞争力提升。

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需求驱动:中国市场需求触发技术再延伸

发光材料体系复杂多样,涵盖有机、无机及杂化材料等类别,其发光特性亦存在显著差异。其中,上转换发光材料Upconversion Materials)凭借其独特的多光子吸收机制,能够实现低能量光子(如近红外光)向高能量光子(如可见光)的转换,即反斯托克斯位移效应。这一特性使其在生物医学深层成像、增强型太阳能电池光子捕获及量子信息处理等前沿领域展现出不可替代的应用潜力。

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为了更好的讲解产品技术,Quantaurus-QY PLUS被搬到采访室的现场,铃木先生与现场的Quantaurus-QY PLUS合影

彼时,全球学术界与产业界对上转换材料的研究热度空前高涨,而中国在该领域的研发需求尤为迫切。然而,上转换材料的发光量子效率测量长期面临严峻挑战:其激发过程需使用高功率近红外激光器,且需在近红外激发波长和可见光发射波段同时实现高灵敏度探测。当时市售的量子效率测量系统(包括滨松自身的标准型号)均无法满足这一特定的激光激发耦合与宽谱段(特别是近红外区)高精度探测需求。

这一瓶颈在中国研究群体中反响尤为强烈。滨松中国团队一起在深入走访多个顶尖实验室后,频繁接收到研究人员对于“无法测量上转换材料QY”的明确痛点反馈。基于这些来自中国本土客户的、清晰且迫切的需求,滨松中国销售与技术团队正式向日本总部系统事业部提出了开发专用解决方案——Quantaurus-QY PLUS的构想与详细规格要求。

面对这一极具挑战性的任务,铃木健吾团队深知其核心驱动源于中国客户的实际困境。“我们深刻理解中国研究人员对上转换材料PLQY数据的渴望,以及现有设备缺失给他们带来的阻碍。” 铃木先生回忆道,“将中国客户的核心需求转化为技术突破点,成为了我们研发的最高优先级。 尽管过程中遭遇了诸多技术困境——从高功率激光引入的光路干扰到微弱近红外信号的有效提取——每一次看似接近成功的尝试后出现的障碍,都令我们倍感压力。但正是来自中国市场的明确需求和期待,成为支撑我们持续攻坚的关键动力。”

最终,铃木团队成功地将“中国需求”转化为技术突破: Quantaurus-QY PLUS通过创新的光路设计(有效管理高功率激光并优化信号收集路径)以及首创的双通道探测器融合算法(协同处理可见光与近红外信号,确保宽谱段、尤其是近红外激发下的高精度与稳定性),精准攻克了上转换材料PLQY测量的世界性难题。 这款为中国市场“量身定制”的解决方案,不仅填补了行业空白,更直接赋能了中国上转换材料研究的加速发展。

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持续进化:20年磨一剑,需求牵引下的执着

围绕发光量子效率测量产品,Quantaurus系列产品的时间轴展现了一款仪器产品的生命周期。2000年,铃木健吾加入滨松;2004年,与安达千波矢教授共同开发由多通道光谱仪、积分球和激发光源组成C9920 – 022011年,铃木健吾团队将多通道光谱仪、积分球和激发光源集成于一体,开发出Quantaurus-QY一体式装置;2016年,开发出了新增功能的扩展型装置Quantaurus-QY Plus2022年系统事业部又开发出高动态范围光谱仪OPAL-Luxe……“科研仪器的生命周期没有终点,只有需求牵引的持续进化。”此刻,铃木健吾团队研发的MicroLED检测装置MINI-PL已进入测试阶段,可将MicroLED晶圆检测效率提升20倍。

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“QY产品的开发过程并非一路坦途,装置可靠性的证明就是其中一个最大课题”。铃木先生回忆道。如前文所述,C9920–02问世之初,为证明其可靠性,铃木健吾团队过论文发表的形式为绝对法系统定量法正名——这些论文数据背后,凝聚着团队的不懈付出:为验证数据的可重复性,他们进行了上百次重复测量,并借助其他测量方法对数据进行交叉验证。每一次实验失败后,他们都要重新审视每一个细节,寻找可能的误差源……甚至一度怀疑自己的方向是否正确针对测量数据,团队与飞田先生、石田先生等就其与以往论文的一致性展开深入讨论不仅在日本国内学术场合分享在海外举办的学术会议上展示测量数据,与多国研究者进行广泛交流。铃木先生感慨:项目启动到论文发表耗时4 年,历经了成百上千次实验,这是工程师对科学精神的敬畏践行

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光链传承:从行业标准到未来产业赋能

采访中,当被问及职业生涯最骄傲的时刻,铃木先生翻开一本2022年出版的《Phosphor Handbook》,这是一本全球发光材料研究者的案头书。铃木先生负责撰写了其中的第13章节内容,系统阐述了发光量子效率的测量法,其中引用的 Quantaurus-QY 测试案例,覆盖从有机晶体到钙钛矿的全材料体系。从 1924 年首篇 PLQY 测量论文发表,到滨松的技术被写入行业权威书籍,这是跨越百年的技术接力。如今,QY 系列已成为全球超 3000 家实验室的标配,从诺奖得主的研究组到中国顶尖高校,从实验室到显示行业的龙头企业,它见证着发光材料从基础研究到产业化的每一步跃迁。

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采访中,铃木先生给笔者展示其参与编著的Phosphor Handbook》,背景白板内容是铃木先生现场板书讲解团队正在开发的两款产品技术方向

采访最后,谈及发光材料领域未来的发展趋势,铃木先生表示,预计未来会有更多新型发光材料被开发并投入产业应用。围绕这些新的需求,当前,铃木先生团队正将目光投向更高精度的发光材料评估等测量解决方案,并开发出两款产品,希望这些高性能装置为未来的产业发展做出贡献。一款是高动态范围光谱仪OPAL-Luxe。OPAL-Luxe是一种光检测器,在较宽的波长范围内具有250万:1的高动态范围,能够同时对强信号和微弱信号进行多波长测量,为量子点显示材料的多维度表征提供可能另一款是microLED PL检测装置MINI-PL。该装置用于评估次世代显示器——microLED所需的材料。以往,microLED的良莠判断需要较长的光致发光测量时间,导致其实用化进程缓慢。MINI-PL可以在晶圆阶段进行测量,从而能够在短时间内实现高精度测量。

后记

2010年进入中国市场以来,Quantaurus系列产品已在国内科研领域取得显著成就。该系列设备累计销量突破200套,凭借其卓越性能被誉为发光材料实验室的"科研利器",更成为PLQY测试领域的行业"黄金标准"。由铃木先生力推的绝对法测量PLQY核心技术理念,经过十余年实践验证,已深度融入国内科研工作体系,持续推动着相关领域的技术革新。

铃木先生的25年职业生涯,映射着滨松需求驱动创新的底层逻辑:从安达教授的实验室需求孵化技术原型,到满足中国客户需求推动产品升级,再到全球学术共同体的标准共建,Quantaurus-QY 的每一次进化都精准锚定用户痛点。正如滨松的新口号不要说不可能,先做起来——当工程师的执着遇见真实的市场需求,光的轨迹便会照亮产业变革的方向。

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