发光的定义及特点

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第二章 发光的定义及特点,一、光的本质,波粒二相性,波动性,电学,及磁学分量组成,的,互成,90,简谐运动,波长和频率两个,参量,干涉、,衍射现象,粒子性,早在,1900,年普朗克就提出光的存在是以很多小部分光能量为单位组成,的,光子,光子,能量为,光电导、光电发射、发光,及光化学等,效应都是粒子性的体现,二、光的发射,热辐射,任何高于,0K,的物体都会向外辐射能量,连续光谱,（光强随波长的变化关系）,随着温度的升高，辐射的总功率增大，辐射的光谱分布向短波方向移动,平衡辐射,效率,低（白炽灯,10%,，主要为红外辐射）,发光,发光,不,需要将发光材料加热到高温（如日光灯、显像管等常温下就可产生光发射）,原因：电子,在不同高能态上的分布偏离热平衡,分布,从,这些高能态的跃迁而来的光就会比相应温度下同样波长的发射强,很多,需要以,某种方式把能量交给物体使电子升到一定高能,态,激发过程,只是,在少数中心,进行，,不会影响物体的,温度,可以更有效地把外界提供的能量转化成我们所需要的可见光,发光的优点：,可以更有效地把外界提供的能量转化成我们所需要的可见光,白炽灯效率,20,lm/W,，偏黄，日光灯的效率,80100lm/W,三、发光的定义,发光就是物体,不经过热阶段,而将其内部以,某种方式,吸收的能量,直接,以光能的形式释放出来的,非平衡辐射,过程,四、发光的特点,冷光,发光体和,周围环境的温度几乎是相同的，并不需要,加温,只有个别,中心得到,能量，周围大量的中心仍处于未被激发的,状态,衰减（余辉）,从,外界吸收,能量到放出,光来,，花费,一定,时间。,发出的光既有反映这个物质特点的光谱，又有一定的衰减,规律,与反射光,、散射光、契连科夫辐射等,区分,五、发光的分类,以某种方式将能量交给物体使电子提升到一定高能态的过程称为,激发,一般按激发能来源划分,机械,发光,机械能（,ZnS:Mn,在振动,时发光）,物理发光,物理能,（进一步划分）,化学发光,化学能（荧光棒）,生物发光,生物化学能（萤火虫）,物理发光,光致发光,激发,能为电磁辐射，如日光灯中的荧光粉发光，激发光主要为,254 nm,紫外线,阴极射线发光（,CathodoLuminescence, CL,）,激发,能为电子束的动能，如,CRT,、,FED,等,高能,粒子发光（,x,射线、高能粒子激发,）,电致发光,（,ElectroLuminescence, EL,）,激发,能为电场能,常见荧光粉器件的发光类型,5.1,化学发光,利用化学反应产生的化学能来转换成,光能，如燃烧、导弹羽烟,A+B=P,*,+,Q,5.2,生物发光,与生命过程有关的,类化学发光（或称为生物化学发光,）,动物界的,25,个门中有,13,个门,28,个纲中都有发光,动物,植物界中只有细菌和高等真菌才有,生物发光,常见的生物发光都有很高的,效率（,0.880.12,）,5.3,物理,发光,1,）气体放电发光,只,适合气态,物质,气体中的带电粒子（电子和离子）就会在电场的作用下,加速,带电粒子气体,中的原子或分子,碰撞电离,产生新的电子和,离子,使,原本不导电的气体变得导电,了,气体放电总伴随着光的发射,气体放电过程中，,有的原子、分子或离子在,碰撞过程,中会被激发到高能态，从而会发出光,来,激发还可以通过异类原子（或分子）间的共振能量传递间接地实现,气体放电的应用,霓虹灯,日光灯,PDP,气体激光器,激光泵浦,紫,外杀菌灯,投影,光源,2,）固体发光,A,）有机材料,B,）无机材料,晶体,半导体发光二极管、激光器,粉末,荧光粉,薄膜,电致发光,单晶,薄膜,发光粉混入介质形成的,薄膜,直接制成的薄膜,六、材料,发光所经历的主要过程,激发,发光必须首先,从外界获取,能量,将体内的原子、分子或离子从基态激发到高能,态,辐射跃迁,高能,态（激发态）是,一种不稳定的状态,，,粒子迟早,会从激发态跃迁回基态，释放出吸收的,能量,如果,能量是以光子的形式释放出来,的就,称之为,辐射跃迁,并非所有被发光材料吸收的激发能都能转化为光辐射,输出,从高能态到基态的跃迁并非只有发光这一种,方式,无辐射跃迁,从,激发态跃迁到基态的,过程若不,产生光子辐射,输出,辐射跃迁,的竞争过程，会降低材料的,发光效率,量子效率：,激发能量的,传输,He-Ne,气体放电发光,荧光粉的发光,1,、卤粉的光谱,2,、加入红粉后的光谱,3,、加入的红粉光谱,Sb,3+,Mn,2+,小结,发光所经历的主要物理过程,激发过程,：发光材料从外界吸收能量，将发光中心从基态激发到,激发态,辐射跃迁,过程：发光中心从激发态跃迁回基态，多余的能量以光子的形式释放,出来,无辐射跃迁,过程：发光中心从激发态跃迁回基态，多余的能量一声子的形式释放到晶格中，导致材料温度的,升高,能量传输,过程：输入的激发能在基质与发光中心间、发光中心与发光中心间进行,传递,七、,表征发光的主要性能指标,1,、激发光谱（发光,材料特定波长的发光强度与激发光波长的关系。,）,确定对发光有贡献的激发光波长,范围,的激发光谱,2.,发射光谱,在一定激发源的激发下，发光材料的发光能量或发光强度按波长的,分布,光谱的线型：,Gauss,函数 表示,线谱,宽带谱,线谱,+,宽带谱,3.,发光效率,发光效率反映了材料吸收激发能量后转变为光能的比例,能量效率（功率效率）,发光辐射能量与吸收,能量之,比,量子效率,辐射,出的,量子数,与,吸收的量子数,之,比,流明效率,发射的,光通量与,吸收的,能量之比,4.,发光的增长与衰减,发光的驰豫是发光的重要特征之一,将激发停止后立即停止的发光称为,荧光,激停止后，延续相当长一段时间的发光称为,磷光,随着实验技术的发展，这种区分已经变得不明确了，还有很多人沿用这两个名称,A,）分立发光的增长和衰减,衰减过程,称为激发态的寿命,发光衰减的规律是指数式的,激发态可以跃迁到不同的基态时,只要始态能级相同，相应的发光就有相同的衰减时间,发光的增长,激发很弱时,发光达到稳定值的某一规定的百分数（如,90,）所需时间称为发光的上升时间,发光的最大稳定值为,与激发光强成正比,激发很强时,发光的上升时间，随激发强度的增加而减小，而最大稳定值与激发光强无关,B,） 复合发光,假设两类载流了数目相等，都等于,n,任何一个载流子都可以和异号的任何,个载流子复合,高激发密度下，双分子发光的衰减过程为双曲函数，也称为非指数发光衰减,实用上将荧光粉的亮度下降到激发停止的瞬间亮度的,10%,所经历的时间称作余辉时间,显示技术中常用的余辉划分,为了适应人眼的频率响应特性，家用电视要求,2030ms,以下的中（短）余辉荧光粉,显示管一般要求,50ms,至数百毫秒的长余辉荧光粉三,基色荧光粉的余辉特性要求基本一致（有时需要特意引入适当的猝灭剂，如,Ni,，,Co,等）,思考题,1,、什么是发光，它由什么特点？,2,、发光和热辐射有什么区别？,3,、发光所经历的主要物理过程有哪些？,4,、从发光经历的物理过程分析，如何才能保证日光灯具有较高的发光效率,5,、列举常见的荧光粉器件，根据发光材料的激发方式说明其中发光材料的发光类型,6,、什么是激发光谱，什么是发射光谱？,7,、发光效率有哪三种不同的表达形式，分别说明之。,8,、一种日光灯用荧光粉的量子效率为,0.8,，发光峰值波长为,500nm,，计算该荧光粉在,250,nm,紫外光激发下的功率效率和流明效率（人眼对,500,nm,光的相对视见灵敏度为,0.323,）,9,、显示器件通常要求选用具有合适余辉时间的发光材料，发光材料根据余辉时间的长短如何进行划分？,10,、三基色显示时，为什么要求红、绿、蓝荧光粉具有大致相同的余辉时间？,11,、试分别说明 分立发光和复合发光的衰减规律。,12,、为什么通常需要抑制无辐射跃迁过程？,