Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Вынужденная (метастабильная) люминесценция характерна тем, что под действием источника люминесценции происходит переход на метастабильный уровень, а затем, в результате дополнительного возбуждения, следует переход на уровень люминесцентного излучения. Примером является фосфоресценция орга-
V.11.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ 737
нических веществ. Рекомбинационная люминесценция представляет собой рекомбинационное излучение, которое возникает при воссоединении тех частиц, которые были разделены при поглощении энергии от источника люминесценции (в газах — радикалы или ионы, в кристаллах — электроны и дырки).
5°. При электронном возбуждении люминесценции энергия бомбардирующих электронов передается электронам атомов (или молекул, ионов) и переводит их в возбужденное состояние. Передача энергии возможна лишь при условии, что кинетическая энергия бомбардирующего электрона
Wx=rHf > Wb- W11,
где Wh и Wb — полная энергия атома (молекулы, иона) соответственно в нормальном и ближайшем к нему возбужденном состояниях. Атом (молекула, ион) возвращается из возбужденного состояния в нормальное, испустив квант света (фотон) частотой v:
hv = Wb - Wli.
При достаточных энергиях возбуждения возвращение атома (молекулы, иона) из возбужденного в нормальное состояние может происходить в несколько этапов через все менее возбужденные состояния. Этому соответствует испускание нескольких фотонов различных частот, причем суммарная их энергия равна энергии начального возбуждения.
6°. Фотолюминесценция возбуждается светом видимой или ультрафиолетовой области спектра. Для сложных люминесцирующих веществ (сложные молекулы, конденсированные среды) спектральный состав фотолюминесценции не зависит от длины волны света, вызывающего люминесценцию, и подчиняется правилу Стокса.
Наблюдают линейчатые, полосатые и сплошные спектры фотолюминесценции. Ее характер существенно зависит от агрегатного состояния вещества. У ряда крис-таллофосфоров с увеличением частоты возбуждающего света квантовый выход растет при условии hv > 2AW, где AW — ширина запрещенной зоны (размножение фотонов при фотолюминесценции).
24 Зак. 2940
738
V.11. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
7°. Электролюминесценция в газах вызывается электрическим разрядом, в котором энергия возбуждения сообщается молекулам газа механизмом электронного или ионного удара. Возбужденное состояние при электролюминесценции всегда вызывается прохождением какого-либо тока и, таким образом, связано с наличием электрического поля. Электролюминесценция в твердых телах наблюдается, в частности, на р-п-переходе в полупроводниках.
8°. Хетилютинесценция сопровождает некоторые экзотермические Химические реакции. Химические превращения в веществе сопровождаются перестройкой внешних электронных оболочек атомов. Излучение света приводит к образованию химического соединения с более устойчивой в данном окружении и при данных условиях электронной конфигурацией. Хемилюминес-ценция часто сопровождает процессы окисления с образованием более устойчивых продуктов сгорания.
Свечение при хемилюминесценции вызывается молекулами (атомами, ионами) продуктов реакции в возбужденных электронных, колебательных и вращательных состояниях. Примерами хемилюминесценции являются свечение высокотемпературных и низкотемпературных пламен, свечение при рекомбинации перекисных радикалов в цепном окислении жидких углеводородов.
2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
1°. Правило Стокса: длина волны фотолюминесценции, как правило, больше, чем длина волны возбуждающего света. В более общей формулировке: максимум спектра люминесценции смещен в длинноволновую сторону от максимума спектра поглощения.
• С квантовой точки зрения правило Стокса означает, что энергия кванта возбуждающего света частично расходуется на неоптические процессы:
= Чюм +W- Т. е. Vjimm < V, ИЛИ Алюм > X,
где W — энергия, затраченная на различные процессы, кроме фотолюминесценции.
2°. В некоторых случаях фотолюминесцентное излучение имеет в своем спектре длины волн, меньшие длины волны возбуждающего света (антистоксово излучение). Это явление объясняется тем, что к энергии
V.11.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
739
возбуждающего фотона добавляется энергия теплового движения частиц люминесцирующего вещества: feVjn0M = fev + akT'
где а — коэффициент, зависящий от природы люминофора, к — постоянная Больцмана, T — температура люминофора. Антистоксово излучение проявляется все отчетливее по мере повышения температуры люминофора.
3°. Отношение энергии люминесценции к энергии, поглощенной в стационарных условиях люминофором от источника, возбуждающего люминесценцию, называют энергетическим выходом люминесценции.
Квантовым выходом фотолюминесценции называют отношенйе числа фотонов люминесцентного излучения к числу поглощенных фотонов возбуждающего света.
Для фотолюминесценции справедлив закон Вавилова'. квантовый выход фотолюминесценции TIkb постоянен при изменении длины волны возбуждающего света в стоксовой области (А. < Ajihjm) и быстро уменьшается с увеличением X в антистоксовой области (к > Ллюм) в пределах спектральной полосы поглощения люминесцирующего вещества.
