Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 2 - Вест А.
ISBN 5-03-000071-2
Скачать (прямая ссылка):
При изготовлении экранов цветных телевизоров используют катодолюминофоры трех цветов:
1) красный (обычно используют упоминавшийся ранее УУ04: Еи3+);
17.1. Люминесценция и люминофоры.
173
2) синий (2пБ : А?+);
3) зеленый (2п5:Си+).
При изготовлении экранов черно-белых телевизоров используют смеси «синего» (7лл$ : А&1) и «желтого» ((2п, Сс1)Б : Ag+) като-долюминофоров.
17.1 А. Антистоксовские люминофоры
Аптистоксовскпе люминофоры — относительно новый класс -светящихся материалов, к которым в последние годы проявляется повышенный интерес. Отличительная особенность этих веществ состоит в том, что они испускают поток фотонов большей энергии (меньшей длины волны), чем первичное возбуждающее облучение. Применение антистоксовских люминофоров позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в электромагнитное излучение большей энергии, в видимый свет. Закон сохранения энергии, конечно, не нарушается. Дополнительная энергия, естественно, поглощается люминофором, но процесс возбуждения протекает в две или более стадии (рис. 17.7).
•вторая •стадия 'возбуждения
первая стадия возбуждения
основное состояние основное состояние
Рис. 17.7, Схематическое изображение процессов, протекающих в антистоксовских (а) и обычных (б) люминофорах,
В настоящее время наиболее подробно исследованы антистоксовские люминофоры на основе УИз, ЫаЬа^О^г иа-ЫаУР4, которые легированы ионами УЬ3+ (сенсибилизатор) и Ег3+ (активатор). При облучении таких, люминофоров инфракрасным светом возникает свечение зеленого цвета. При этом осуществляется перенос двух фотонов, поглощенных ионами УЬ3+ в ходе ИК-облучения материала, на соседние ионы Ег3+. После двухстадийиого процесса возбуждения активатора (рис. 17.7) начинается испускание электромагнитных волн видимой части спектра.
испускание возбуждение
испускание
174
17. Люминесценция
17.2. Лазеры
Работа твердотельных лазеров основана на использовании люминофоров, удовлетворяющих некоторым особым требованиям. Термин лазер составлен из первых букв английских слов Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света стимулированным испусканием излучения). Процесс возбуждения заключается в переводе активных центров в возбужденное состояние (так называемая накачка), в котором они могут пребывать достаточно длительное время. Состояние, характеризующееся тем, что большая часть активных центров находится в возбужденном состоянии, называется «инверсной заселенностью». В лазерах испускание фотона света одним активным центром стимулирует испускание света другими центрами, причем вес излучаемые электромагнитные волны распространяются в одной фазе. Таким образом, возникает интенсивный пучок или импульс когерентного излучения.
В 1960 г. Мей май сообщил об изобретении первого рубинового лазера. В настоящее время можно говорить о существовании самостоятельного направления науки и техники, связанного с исследованием и применением лазеров в различных областях человеческой деятельности: фотографии, хирургии, средствах связи, для точных измерений и многих других. Открыты многие типы лазерных систем. Все используемые лазеры можно разделить на три типа: газовые лазеры, лазеры на красителях с подстраиваемой длиной волны и твердотельные лазеры. В цели автора не входило дать общий обзор всех лазерных систем; коснемся лишь некоторых вопросов, связанных с работой твердотельных лазеров.
17,2,1. Рубиновый лазер
Рубиновый лазер был первым оптическим квантовым генератором. И сегодня, более двадцати лет спустя, он находит широкое применение. 1Таиболее важная часть рубинового лазера — монокристалл А1203, легированный небольшим количеством (— 0,05 масс. %) Сг3+. Ионы Сг3+ замещают ионы АР+ в искаженных октаэдрах кристаллической решетки корунда (структура корунда близка структуре ильменита FeTi03; см. разд. 16.3.5). При введении Сг203 в монокристаллы А1203 белого цвета последние окрашиваются в красный (при малой концентрации ионов Сг3+) или зеленый (при больших концентрациях ионов Сг3+) цвет. Твердые растворы системы А1203—Сг203 обсуждались ранее в гл. 10.
На рис. 17.8 схематически показано положение энергетических уровней иона Сг3+ в рубине. Накачку лазера производят
17.2. Лазеры
175
с помощью мощном вспышки света, например ксеионовон лампы. При этом ^-электроны ионов Сг3~'' могут переходить из основного состояния 4Л2 в более высокие СОСТОЯНИЯ 4Е2 И 'Ч71. Затем быстро протекает безызлунательный переход на уровень 2Е. Время пребывания электронов в возбужденном состоянии 2Е весьма велико и составляет ~5-10~3 с. Это значит, что успевает образоваться состояние инверсной заселенности. Ла-
зо
Я 20
10
4 я.
поглощение
безызлучателиные переходы
лазерное
излучение
6934А
основное состояние
Рис. 17.8. Энергетические уровни иона Ст3"1" и лазерное излучение в кристалле рубина.
зериое излучение возникает при переходе электронов из возбужденного состояния 2Е в основное состояние. Этот переход стимулируется одновременно для многих ионов, причем излучаемые электромагнитные волны распространяются в одной фазе. Длина волны мощного когерентного импульса красного света составляет 6934 А.
