发光的定义基本物理过程及现象课件

第一章 发光的定义、基本物理过程及现象仇怀利2013-102主要内容：一、发光的定义和分类二、基本物理过程和现象3发光的定义v什么是发光？太阳、星星白炽灯、蜡烛月光、极光“鬼火”荧光猪肉很可能是生猪在饲养环节即被喂食过过量含磷饲料，导致猪体内磷含量超标，“也可能是这块猪肉感染了细菌，有一种荧光菌，如果猪肉在切割中沾上这种菌，菌的代谢物就会让猪肉发出蓝色荧光。4发光的定义v什么是发光？发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，而这种多余能量的发射过程具有一定的持续时间。发光区别于光的散射、反射等物理过程。5发光的定义v发光的两个主要特征发出的总辐射中超出热辐射的部分；当激发源停止对物体的作用后，发光现象还会持续一定的时间。6发光的分类v按照发光时间长短荧光：物质在受激发时的发光；磷光：激发停止后的发光；一般以持续时间分界：说明物质在接受激发能量和产生发光的过程中，存在着一系列的中间过程。10-8 St磷光磷光荧光荧光7发光的分类v按被激发的方式分类光致发光photoluminescence电致发光electroluminescence阴极射线发光cathode luminescenceX射线发光及高能粒子发光化学发光生物发光8发光的分类v光致发光photoluminescence是用光激发发光体引起的发光现象。它大致经过吸收、能量传递及光发射三个阶段。光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。能量传递则是由于激发态的运动。举例：9发光的分类v电致发光本征型电致发光施主或陷阱中通过电场或热激发到达导带的电子，或从电极通过隧穿效应进入材料中的电子，受到电场加速获得足够高的能量，碰撞电离或激发发光中心，最后导致复合发光。p-n结注入式电致发光当半导体p-n结正向偏置时，电子(空穴)会注入到p(n)型材料区。这样注入的少数载流子会通过直接或间接的途径与多数载流子复合。10发光的分类v阴极射线发光发光物质在电子束激发下所产生的发光。入射电子激发发光物质离化原子钟的电子，产生 次级电子，次级电子激发发光物质产生发光。电视机雷达示波器11发光的分类vX射线及高能粒子发光在X射线、射线、粒子和粒子等高能粒子激发下，发光物质所产生的发光。次级电子激发或离化发光物质，这些激发或离化状态重新回到平衡态时，就产生了发光。12发光的分类v化学发光由化学反应过程中释放出来的能量激发发光物质所产生的发光。13发光的分类v生物发光在生物体内，由于生命过程的变化，其相应的生化反应释放的能量激发发光物质所产生的发光。年，经精密测定发现，萤火虫体内化学反应所得的能量中约都转化为光，这种转化效率是迄今发光系统中最高的。科学家认为，如果能根据这次研究获得的荧光素酶立体构造的知识，进一步弄清萤火虫发光反应中转化效率如此高的原因，将有助于开发节约能源的生物纳米机器。14基本物理过程及现象v电子声子耦合v能量传递15电子声子耦合v吸收、发射、无辐射跃迁16v具有畸变八面体对称性的Cu+格位具有无序的本征能量值及声子辐射支助的模式(这是在吸收光谱中出现宽带结构的成因干福熹 and 邓佩珍,激光材料.1996.12,上海:上海科学技术出版社.17电子声子耦合v电子声子相互作用，引起发光性质的随温度变化；v发光中心间及发光中心与其他原子相互作用，引起激发迁移和能量传递。18电子声子耦合v无辐射跃迁温度猝灭v向下能级无辐射跃迁引起的温度猝灭；v通过上能级的热猝灭。19能量传递v能量传递供体(D)：在这个过程中失去能量的中心；受体(A)：在这个过程中获得能量的中心。20能量传递v通过与晶格振动交换能量实现能量守恒v公式？21能量传递v同种中心间两种能量传递方式 （a）激发迁移；（b）交叉驰豫22钕离子的交叉驰豫过程聂秋华,光纤激光器和放大器技术.1997,北京:电子工业出版社.23分立中心的发光v上转换发光发射光子能量大于激发光子能量v量子剪裁一个激发光子产生两个或两个以上的光子24上转换发光v激发态吸收v能量传递引起上转换发光25激发态吸收vLaF3中Tm3+的能级及647.1nm激发下的上转换发光过程 26能量传递引起上转换发光v处于激发态的同种离子间的能量传递;v不同离子间的逐次能量传递 27能量传递引起上转换发光v处于1D2的两个Pr3+离子发生能量传递引起上转换发光 28vTm3+和Yb3+双掺杂体系中的能量传递和上转换发光 29量子剪裁v光子分步发射v逐次能量传递30光子分步发射v真空紫外激发下YF3：Pr的发光v到1I6的跃迁位于405nm，属于可见光的深紫区。其余几条都在紫外区v在这种材料中，用真空紫外激发，可见光发射量子效率达到140%31逐次能量传递v真空紫外激发下LiGdF4:Eu中两步能量传递引起的量子剪裁发光 32铒离子的向上转换过程33能量传递v浓度猝灭激活剂离子之间的交叉驰豫；激活剂浓度增加，激活剂和缺陷、杂质之间迁移速率加大，更容易到达猝灭中心。