第二章 发光的定义及特点
八年级-物理-第二章---光的传播-知识点归纳-复习总结
第二章光的传播一、光源：能发光的物体叫做光源。
光源可分为1、冷光源(水母、节能灯），热光源（火把、太阳）；2、天然光源（水母、太阳），人造光源（灯泡、火把）;3、生物光源（水母、斧头鱼），非生物光源（太阳、灯泡）二、光的传播1、光在同种均匀介质中沿直线传播；2、光的直线传播的应用：（1）小孔成像：像的形状与小孔的形状无关，像是倒立的实像（树阴下的光斑是太阳的像）（2）取直线：激光准直（挖隧道定向）；整队集合；射击瞄准；（3）限制视线：坐井观天（要求会作有水、无水时青蛙视野的光路图）；一叶障目；（4）影的形成：影子；日食、月食（要求知道日食时月球在中间；月食时地球在中间）3、光线：常用一条带有箭头的直线表示光的径迹和方向；三、光速1、真空中光速是宇宙中最快的速度；2、在计算中，真空或空气中光速c=3×108m/s;3、光在水中的速度约为3/4c，光在玻璃中的速度约为2/3c；4、光年：是光在一年中传播的距离，光年是长度单位；1光年≈9.46×1015m；注：声音在固体中传播得最快，液体中次之，气体中最慢，真空中不传播；光在真空中传播的最快，空气中次之，透明液体、固体中最慢（二者刚好相反）。
光速远远大于声速，（如先看见闪电再听见雷声，在100m赛跑时声音传播的时间不能忽略不计，但光传播的时间可忽略不计）。
四、光的反射：1、当光射到物体表面时，有一部份光会被物体反射回来，这种现象叫做光的反射。
2、我们看见不发光的物体是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。
3、反射定律：在反射现象中，反射光线、入射光线、法线都在同一个平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。
（1）、法线：过光的入射点所作的与反射面垂直的直线；（2）入射角：入射光线与法线的夹角；反射角：法射光线与法线间的夹角。
（入射光线与镜面成θ角，入射角为90°－θ，反射角为90°－θ）（3）入射角与反射角之间存在因果关系，反射角总是随入射角的变化而变化而变化，因而只能说反射角等于入射角，不能说成入射角等于反射角。
初中物理8年级光学复习提纲.doc
第二章《光现象》复习提纲一、光的直线传播光源：本身能够发光的物体叫光源。
分为天然光源和人造光源。
1、光的传播①传播规律：光在同种均匀介质中沿直线传播。
②光线：为了表示光的传播情况，我们通常用一条带箭头的直线表示光的传播轨迹和方向，这样的直线叫做光线。
光线实际上不存在的。
③光的直线传播的应用及形成的现象：a激光准直b影子的形成(透明的物体不能形成影子)c日食月食的形成（发生日食时，月球在太阳与地球之间）d小孔成像。
小孔成像的特点：倒立的实像，与小孔的形状无关。
2、光的速度光在真空中的传播速度c=3×108m/s=3×105km/s。
在水中为真空中的3/4。
玻璃中为真空中的2/3。
1光年=9.46×1015m 光年是长度单位，不是时间单位。
二、光的反射1、定义：光从一种介质射向另一种介质表面时，一部分光被反射回原来介质的现象叫光的反射。
2、反射定律：（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面内；（2）反射光线和入射光线分居法线两侧；（3）反射角等于入射角。
（反射要说在前面）光的反射过程中光路是可逆的。
⑴镜面反射——平行光射到光滑平整的物体表面上，反射光线仍平行的反射。
镜面反射的条件：反射面光滑平整。
⑵漫反射——平行光射到凹凸不平的物体表面上，反射光线向着不同方向的反射。
漫反射遵守光的反射定律。
区别镜面反射和漫射的方法：站在不同的方位看物体，如亮度差不多，则是漫反射，如明亮程度不同，则是镜面反射。
4、凹面镜和凸面镜（1）凹面镜对光线有会聚作用。
（2）凸面镜对光线有发散作用。
三、平面镜成像1、平面镜成像特点①物和像大小相等②物和像到平面镜的距离相等。
③物和像对应点的连线与镜面垂直。
④像和物的左右相反。
⑤平面镜所成的像是虚像（作图时用虚线）像和物体关于镜面对称（注意：平面镜中像的大小只与物体有关，只要物体的大小不变，那么像的大小就不会变）平面镜成像的原理：光的反射定理2、实像和虚像：实像：实际光线会聚所成的像，可用光屏承接虚像：光线的反向延长线的会聚所成的像，不能有光屏承接。
光致发光及电致发光的基本知识
特点：1.分子间有特定的比例关系； 2.激基复合物在基态时相互作用较激发态要小得多，
判断激基复合物存在的两个依据： 1.是在光谱上观察到一个不同于任何单组元的发 射带; 2.是这个荧光发射带的强度对于样品浓度往往有 较强的依赖性
• 1) 振动弛豫：在液相或压力足够高的气相中，处于激发态的分子因碰 撞将能量以热的形式传递给周围的分子，从而从高振动能层失活至低 振动能层的过程，称为振动弛豫。
• 2) 内转化 • 具有相同多重度的分子，如果较高电子能级的低振动能层与较低电子
能级的高振动能层相重叠时，则电子可在重叠的能层之间通过振动耦 合产生无辐射跃迁，如S2→S1；T2→T1。
所谓Stokes位移。(振动弛豫失活) • 20形状比较： 荧光光谱形状与激发波长无关。尽管分子受激可到达
不同能级的激发态，但由于去活化(内转换和振动弛豫)到第一电子激 发态的速率或几率很大，好像是分子受激只到达第一激发态一样。
• 荧光的主要影响因素
• 10共轭效应：
• 共轭效应大，最大激发峰和最大发射峰会发生红移。
产生荧光必须具备两个条件： 1）分子的激态和基态的能量差必须与激发光频率相适应； 2）吸收激发能量之后，分子必须具有一定的荧光量子效率。
荧光的主要参数： 荧光效率、荧光强度、荧光寿命、极大波长。
荧光效率
发光分子数 激发态分子数
荧光寿命：分子荧光从最大亮度I衰减为I/2所用的时间。
激态分子的去活化过程（失能过程）：
主要内容
第一章 绪 论 第二章光致发光及电致发光的基本知识 第三章电致发光的器件结构与器件物理 第四章有机电致发光的主要辅助材料
光学原理-发光的定义及特点
• 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
X* X h
• 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 •…
器件名称 阴极射线管 节能灯
发光类型 阴极射线发光 光致发光
PDP
冷阴极荧光灯 白光LED （蓝色芯片）
光致发光 光致发光 光致发光
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
课堂练习
• 激发光谱的横坐标和纵坐标分别表示什么参量 – 横坐标：激发光的波长 – 纵坐标：特定波长（或谱带）发射光的强度或光通量
• 常见的激发光谱或发射光谱的纵坐标一般为相对强度 正确 • 工程上将激发停止后发光强度降低到起始值的 10% 所需
的时间作为荧光粉的余辉时间
思考题
1、什么是发光，它有什么特点？ 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
第二章 发光的定义及特点
固体发光讲义 - 第二章 发光的几个重要特征
第二章发光材料及其特征2-1 发光材料几乎所有的无机固体发光材料都是由两部分组成的。
其一是材料的主要成分，也就是它的主体，在发光学的术语中，称为基质（host）。
其二是有意掺入的少量成分，称为激活剂（activator）。
激活剂对发光的性能有重要的作用，能够影响甚至决定发光的亮度和颜色以及其它性能。
不过它在材料中的浓度却很小，有时少到10-5-10-4克/克。
表示材料的符号，激活剂常写在基质后面，例如ZnS:Cu, ZnS就是基质，Cu是激活剂，也有人把激活剂写在基质前面。
激活剂还可以不止一种。
第二种掺质起改善或改变发光性能的作用，叫共激活剂（co-activator），那些能够明显增强发光强度的另加杂质叫敏化剂（sensitizer）。
有些基质自己就可以发光，但极少实用的无机发光材料是不含激活剂的。
至于有机材料，它们是通过分子而发光。
分子相互之间的作用很弱，因此每个分子基本是孤立的。
它们无论在什么状态下（在液态，固态或作为杂质掺入其它基质中）发光，其特征都不会有很大差别。
无机固体则很少能够独自发光而无需激活剂的。
发光材料一般有三种型态：粉末、薄膜和单晶。
粉末状无机材料是研究和应用的最早、使用量又最大的一种。
日光灯、电视机及计算机的显象管以及X光屏等日常生活随处可见的东西都要用它。
因此在提起发光材料时，人们就常常会认为指的是这种材料，也就是通常所谓的荧光粉。
实际并非如此。
另外是单晶，除了发光二极管和光盘必需的半导体激光管已是众所周知的，还有射线探测用的器件等都是单晶，第一章里已经简单介绍过了，以后还会谈到。
薄膜之类的材料已经研究许多年，已有一些应用。
不过技术上还有待继续发展。
荧光粉是无机材料。
一般需在高温下灼烧。
温度在10000到15000C的范围。
为了生产上节约能源，降低温度是很重要的，所以通常都尽可能使用13000C以下的温度或更低一些。
在灼烧以前，先要设法将各种成分混匀。
有时除基质和激活剂之外，还需加一种熔点较低的物质，叫做助熔剂（flux）。
第二章 发光材料及其特征
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高场电致发光分类
基于高场下的电致发光现象所制成的器件，根据发光物 质的形态和驱动电压波形可分为四类：
分辨率高、矩阵驱动 交流薄膜电致发光寿命长（>20000h) 可实现彩色化及全色显示 交流驱动 液晶背光源 交流粉末电致发光发光效率高（1－5） lm/W 寿命短（2500）h 直流薄膜电致发光——可靠性差 直流驱动 低压矩阵驱动 直流粉末电致发光 可实现彩色化
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电致(场致)发光材料
Electroluminescence 电致发光是由直流或交流电场作用在物质上所产生的 发光现象，电能直接转变为光能，且无热辐射产生。 电致发光机理：
1. 本征式电致发光 2. 注入式电致发光
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本征式电致发光
ITO
ITO：InSnO2，Indium Tin Oxide
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电致发光的物理过程
电致发光中，只有通过一定的电场分布，引起发光材料中载流 子的速度和能量分布发生变化，才能引起碰撞激发或离化发光中 心，然后复合发光。 (a). 在电场作用下，发光层与绝缘层界面能级处束缚的电子隧穿 发射至发光层； (b). 发光层中杂质和缺陷也电离，部分电子连同隧穿电子在电场 作用下被加速； (c). 当其能量增大到足够大时，碰撞激发发光中心，从而实现发 光； (d). 电子在穿过发光层后，被另一侧的界面俘获。
3. 发光持续时间特征
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发光持续时间特征
规定当激发停止时，其发光亮度L衰减 到初始亮度L0的10%时所经历的时间为 余辉时间，简称余辉。
人眼能够感觉到余辉的长发光期间者为磷光； 人眼感觉不到余辉的短发光期间者为荧光。 荧光与磷光无严格区别。 极短余辉：余辉时间<1µs的发光； 短余辉： 余辉时间1~10µs的发光； 中短余辉：余辉时间10-2～1ms的发光； 中余辉： 余辉时间1～100ms的发光； 长余辉： 余辉时间10-1～1s的发光； 极长余辉：余辉时间>1s的发光
第二章分子发光分析
(3) 刚性平面结构 实验发现，多数具有刚性平面结构的 有机分子具有强烈的荧光。
因为这种结构可以减少分子的振动， 使分子与溶剂或其它溶质分子的相互作用 减少，也就减少了碰 撞去活的可能性。
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（4）取代基效应
给电子基团，荧光增强（-OH、-OR、-CN、-NH2）
芳环上 取代基ຫໍສະໝຸດ 产生了p-共轭作用，增强了电子共轭程度，使最低 激发单重态与基态之间的跃迁几率增大。
4
2．分子内的光物理过程
其中S0、S1和S2分别表示分子的基态、第一和第二电子激发的单重态
T1和T2则分别表示分子的第一和第二电子激发的三重态。
V=0、1、2、3、…表示基态和激发态的振动能级。
5
非辐射能量传递过程；
S1
S2
T1
S0 吸光1
吸光2
振动弛豫:
在同一电子能级 中，电子由高振 动能级转至低振 动能级，而将多 余的能量以热 的
A + B C* + D C* C + h
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间接发光是被测物A或B，通过化学反应生成初始激发态产
物C* ， C* 不直接发光，而是将其能量转移给F，使F跃迁 回基态，产生发光。
A + B C* + D C*+F F* + E F* F + h
2. 气相化学发光和液相化学发光
（1）气相化学发光
（一）荧光和磷光的产生
从分子结构理论来讨论
振动能级
电子所处的能级
分子中电子
转动能级
的能量状态
S=0, J=1 单重态S表示
（所有电子都是自旋配对的） 电子的多重态 大多数基态分子都处于单重态
J=2S+1
苏科版初二第二章光现象所有知识要点
苏科版初二第二章光现象所有知识要点〖要点一〗光源1.光源是指自身能自行发光的物体。
2.光源的分类：〔1〕自然光源：自然界存在并能自行发光的物体。
〔2〕天然光源：在人为条件下使其发光的物体。
例一、以下物体中,属于自然光源的是_________；属于天然光源的是_______；不是光源的是_______.⑴太阳⑵正在发光的电灯⑶萤火虫儿⑷白墙⑸月亮⑹发光水母〖要点二〗光的色散白光是由____,____,____,____,____,____,____七种色光组成的，这种现象叫做光的色散，是英国的牛顿最早做的实验。
例二、关于光的色散说法正确的选项是〔〕A.光的色散是由单色的白光分解成复色的七色光B.光的色散是由复色的白光分解成单色的七色光C.光的色散是由七色光分解为白光的D.以上说法都不正确如图(甲)所示,让一束太阳光经过棱镜射到白屏上,在光屏上就构成一条黑色光带,这是光的______现象，黑色光带最下边的是_________色。
假定在白屏上贴一张红纸,如图(乙),那么光屏上就出现______色和______色。
〖要点三〗色光的混合光的三原色复色光：由其他色光混合而成的色光。
2.光的三原色是_____,______,______。
这三种颜色按1:1:1比例混合后失掉_____色光。
例四、黑色电视机荧光屏上的颜色是〔〕A，电视机里早就具有的 B．由七种颜色混合而成的C．由颜料的三原颜色出来的 D．由色光的三原颜色出来的〖要点四〗物体的颜色1.透明物体的颜色取决于其透过的色光的颜色，无色透明体允许一切色光穿过。
2.不透明物体的颜色取决于其反射的色光的颜色，白色的不透明物体反射一切色光，黑色的不透明物体吸收一切色光。
例五、夜晚用蓝光照穿白色上衣和蓝色裙子的演员，观众看见演员的上衣呈____色，裙子呈____色。
〖要点五〗颜料的混合颜料的三原色是_____,______,______.这三种颜色按1:1:1比列混合后失掉_____色。
发光材料与器件基础
譬如，n型半导体可以向导带提供足够的电子，但在价带中没有空穴，
因此不会发光。同样，p型半导体价带中有空穴，但其导带中却没有电
子，因此也不会发光。如果将n型半导体和p型半导体结合在一起形成一
个p-n结，那么可以在p-n结处促使激发态电子（来自n型半导体导带）
和空穴（来自p型半导体价带）复合。我们在p-n结处施加一个正偏向压，
跃迁。具有较大的理化能的施主杂质所发生的D→V跃迁应当低于能隙很
多，这就是深施主杂质跃迁 D→V过程。
C
C
C
E
D
DD
电子泵抽运造成 的电子-空穴对
DA
A
V
8
20V24/1/21V
V
V 电信系光电工程专业
2.2 固体光吸收的本质
C→A过程 本征半导体导带中的一个电子落在受主杂质原子上，
并使受主杂质原子电离化，这个过程的能量为Eg—EA。例如对GaAs来 说，许多受主杂质的EA为0.03ev，所以C→A过程应发生在1.49ev处。 实际上，在GaAs的发光光谱中，已观察到1.49ev处的弱发光谱线，它
图2.6 光导电晶体中载流子的生成和消失
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2024/1/21
电信系光电工程专业
2.2 固体光吸收的本质
这样有光辐射激发产生的载流子，一方面在负荷中心消失掉，另一方面 在电场作用下可以移动一段距离后，再被陷阱俘获。如果外电场强度大， 则载流子再被陷阱所俘获之前在晶体中飘移的距离长、光电流强，但会 有一个饱和值（即初级光电流的最大值），图2.7为AgBr的情况。
电信系光电工程专业
2.2 固体光吸收的本质
图2.4 离子晶体的各种吸收光谱示意
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2024/1/21
初三物理第二章光现象
3、 光沿直线传播的应用
① 激光准直
②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透 明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影 子。
③日食、月食的形成：
④ 小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中 就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形 状与孔的形状无 关。
其它应用：检查排直队，路旁电杆是否 直，打靶瞄准时要 “ 三点一直线 ”，
例2：一束光射向一块玻璃砖。画出这束光 进入玻璃和离开玻璃后的径迹。
玻璃砖
例3：小明通过实验研究光从水中射入空气中
的现象，如图是他根据实验现象画的光路图，
改变入射角的大小，他发现空气中的折射光
线与法线的夹角随入射角的增大而增大。你
猜想，当入射角增大到一定程度时，会出现
的现象是
，你猜想的依据
是
。
（1）直尺的作用是便于比较像与物 的关系；
（2）两段相同的蜡烛是为了比较物与像 的关系；
（3）移去后面的蜡烛B，并在其所在位置上 放一光屏，则光屏上 接收到蜡烛烛焰的
像（选填“能”或“不能”）。
四、球面镜
1、凹面镜
定义：用球面的 内 表面 作反射面 的球面镜 性质：凹镜能把射向它的平行光线会聚在一 点，这一点叫做凹镜的焦点．从焦点射向凹 镜的反射光是平行光
手影、日食、月食等
4、 光的传播速度
光在真空中的速度是 ｃ＝3x10 8 m ／ s 光在空气中的速度十分接近真空中速度, 可以近似认为是 ｃ＝3x10 8 m ／ s 光在水中的速度是真空中的 3/4. 光在玻璃中的速度是真空中的 2/3.
例题：
例1 关于光的传播，下列说法正确的是 （） A.光总是沿直线传播的 B.光只是在真空中才能沿直线传播 C.光在同种介质中传播路线是直的 D.光在同种均匀介质中沿直线传播
(第二章)光现象《光现象》复习提纲 ,总结,知识点讲解
第二章光现象一、光的直线传播1．光源：定义：能够发光的物体叫光源。
光源有好多种；按形成原因分，可分为自然光源和人造光源；按发光原理分，可分为热光源和冷光源。
自然光源：太阳、萤火虫、灯笼鱼、斧头鱼、乌贼、水母等。
人造光源：手电筒、火把、油灯、蜡烛、白炽灯、日光灯、霓虹灯以及钠灯、汞灯、氖灯等。
热光源：太阳、手电筒、火把、油灯、蜡烛、电灯等。
冷光源：萤火虫、灯笼鱼、斧头鱼、乌贼、水母等。
【注意】月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳的光。
2．规律：光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。
常见的均匀介质如：空气、水、玻璃等。
【注意】光在不均匀介质中如不均匀的空气、不同介质的界面处，传播方向发生改变。
大气层是不均匀的，当光从大气层外射到地面时，光线发了了弯折3．光线表示光的传播径迹和方向的直线叫光线，一般用一根带箭头的线段表示。
光线并不是真实存在的，而是为非作歹形象、直观的表示光的传播路线和方向，方便研究光学现象而假设虚构的，是一种理想化的物理模型。
练习：☆为什么在有雾的天气里，可以看到从汽车头灯射出的光束是直的？答：光在空气中是沿直线传播的。
光在传播过程中，部分光遇到雾发生漫反射，射入人眼，人能看到光的直线传播。
☆早晨，看到刚从地平线升起的太阳的位置比实际位置高，该现象说明：光在非均匀介质中不是沿直线传播的。
4．应用及现象：①激光准直。
②影子的形成：光在传播过程中，遇到不透明的物体，在物体的后面形成黑色区域即影子。
③日食月食的形成：当地球在中间时可形成月食。
如图：在月球后1的位置可看到日全食，在2的位置看到日偏食，在3的位置看到日环食。
④小孔成像：小孔成像实验早在《墨经》中就有记载小孔成像成倒立的实像，其像的形状与孔的形状无关。
5．光速：光在不同物质中传播的速度一般不同，真空中最快，光在真空中速度C=3×108m/s=3×105km/s；光在空气中速度约为3×108m/s。
八年级物理上册知识点光学
第二章光现象✿必考知识点一、光的直线传播l.光源的特点光源指自身能发光的物体，太阳、发光的电灯、点燃的蜡烛都是光源，有些物体本身不发光,但由于它们能反射太阳光或其它光源射出的光，好像它们也在发光一样，不要被误认为是光源，如月亮和所有行星，它们并不是物理学所指的光源。
2.光的传播规律：光在同一均匀透明介质中沿直线传播。
例子：种树、排队、挖掘隧道、打枪、影子、手影、日食、月食、小孔成像3.光的传播速度光速与介质有关，光在不同介质中的传播速度不同，光在真空中的传播速度最大,真空或空气中的光速取为c=3×108m/s。
光在水中的速度约为真空中的3/4；光在玻璃中的速度约为真空中的2/3。
4．光年（距离单位）：光在1年内传播的距离。
5.光线：用一条带有箭头的直线表示光的传播径迹和方向，这样的直线叫光线。
光线并不是真实存在的，而是为了研究方便，假想的理想模型。
二、光的反射1.光的反射及反射定律反射：是指光从一种介质射到另一种介质表面时，有部分光返回原介质中传播的现象。
光的反射所遵循的规律称为光的反射定律。
反射定律：①反射光线和入射光线、法线在同一平面上；②反射光线和入射光线分居法线两侧；③反射角等于入射角。
入射点：入射光线与镜面的交点。
法线：从光的入射点O 所作的垂直于镜面的线ON 叫做法线。
入射角：入射光线与法线的夹角叫做入射角，用符号i 表示。
反射角：反射光线与法线的夹角叫做反射角，用符号r 表示。
注意：①对应于一条入射光线，只有一条反射光线；②反射光线的位置是随入射光线的改变而改变的，即入射光线是“因”，反射光线是“果”，所以叙述反射定律时不能说成“入射角等于反射角”。
2.反射现象中光路是可逆的光线沿原来的反射光线的方向射到界面上，这时的反射光线定会沿原来的入射 光线的方向射出去。
3.反射类型：①漫反射：反射面凸凹不平，使得平行光线入射后反射光线不再平行，而是射向各个方向。
光②镜面反射：反射面很光滑，使得入射的平行光线反射后光线仍然平行镜面反射和漫反射的相同点与不同点：镜面反射和漫反射都是反射现象，每一条光线反射时，都遵守光的反射定律。
发光的生物学意义
发光的生物学意义发光在生物界中主要有两种形式：自发光和诱发光。
自发光是指生物体自身具有能够发光的物质，称为发光素。
发光素通过氧化反应来发光。
诱发光则是指生物体在外界刺激下，如光线、压力或化学刺激等，产生发光现象。
发光在生物界中的意义有以下几个方面：1.通信和繁殖：发光是一种重要的通信方式。
许多生物发光可以用来吸引异性的注意力，在繁殖季节中起到求偶交配的作用。
例如，火娃鱼在求偶季节会产生强烈的发光信号，吸引异性。
此外，很多海洋生物如太平洋鸻鹉贝、奈氏灯鱼等也利用发光信号与同伴进行交流。
2.捕食和防御：发光可以帮助生物在捕食和逃脱捕食者的过程中提供保护。
一些昆虫如蚜虫会释放出荧光物质，将捕食者分散注意力，从而提高自身的逃生几率。
同样，一些鱼类如光虾、黑鳍石斑鱼等也会利用发光来吸引猎物或掩盖自己。
3.生活节律和生物钟：发光在调节生物的生活节律和生物钟中起到重要的作用。
很多发光生物如荧光虫、甲壳类动物等会根据周围环境的改变产生发光，从而与环境进行同步。
例如，当光照暗淡时，荧光虫会增加发光强度，使得繁殖过程更为顺利。
4.自我保护：一些生物在受到外界威胁时会发出发光信号，以警示潜在的捕食者。
例如，火山蝾螈具有发光能力，当其受到危险时会打开头部的透明窗口，露出亮红色的发光腺体来吓唬敌人。
5.生物研究：发光现象在生物研究中具有重要意义，尤其在分子生物学和药物研究方面。
科学家们可以利用发光物质来标记和追踪一些特定的生物分子或细胞。
例如，荧光素被广泛应用于药物研究和生物成像领域，用于检测和诊断疾病。
总的来说，发光作为一种生物现象在生物学中具有多种意义。
它在生物界中起着重要的通信、繁殖、捕食、防御、生物节律和研究等方面的作用。
通过深入研究和了解发光生物的机制和功能，可以为人类提供更多有益的知识和洞察力，同时也有助于我们更好地保护和利用这些特殊的生物资源。
第二章-有机电致发光的基本原理
第二章 有机电致发光的基本原理2.1 有机电致发光器件的发光机理有机电致发光材料均为共轭有机分子，依据休克尔分子轨道理论（HMO ），并结合半导体理论中的能带理论，可将有机共轭分子中的最高分子占有轨道HOMO 类比为能带理论中的价带顶，最低空轨道LUMO 为导带底，这样就可以用半导体理论模型对有机电致发光进行理论研究。
有机电致发光和无机电致发光相似，属于载流子双注入型发光器件，所以又称为有机发光二极管，其发光机理一般认为是:在外界电压驱动下，从阴极注入的电子与从阳极注入的空穴在有机层中形成激子，并将能量传递给有机发光物质的分子，使其受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从基态回到基态时辐射跃迁而产生发光。
具体发光过程可分以下几个阶段：(1) 载流子的注入：在外加电场的条件下，空穴和电子分别从阳极和阴极向夹在电极之间的有机功能薄膜层注入，即空穴向空穴传输层的HOMO 能级(相当于半导体的价带)注入，而电子向电子传输层LUMO 能级(相当于半导体的导带)注入。
电子的注入机理比较复杂，可分为电场增强热电子发射；场致发射，其过程是在强电场作用下，电子通过势垒从金属至半导体的量子力学隧穿。
在低温时，大多数电子是在金属的费米能级上隧穿势垒的，这形成场致发射（F 发射），在中等温度时，大多数电子是在能级Em （高于金属的费米能级）上隧穿势垒的，这形成所谓的热电子场致发射或热助场致发射（T-F 发射），在极高温度时，主要贡献是热电子发射；隧穿发射，如果绝缘体足够薄或者含有大量的缺陷，或者两者兼有，则电子可直接从电极注入到有机层。
(2) 载流子的迁移：载流子在有机分子薄膜中的迁移被认为是跳跃运动和隧穿运动[9,10]，并认为这两种运动是在能带中进行的。
当载流子一旦从两极注入到有机分子中，有机分子就处在离子基(A ＋、A －)状态，（见下图）并与相邻的分子通过传递的方式向对面电极运动。
此种跳跃运动是靠电子云的重叠来实现的，从化学的角度来说，就是相邻的分子通过氧化-还原方式使载流子运动。
灯发光原理
灯发光原理
灯发光的原理是基于固体、液体或气体被激发时产生的电磁辐射。
具体而言，灯泡中通常装有一根高阻抗材料制成的电极，如钨丝或石墨。
当通过电流流过电极时，电流流经电极内部的原子或分子，激发它们的电子。
激发后的电子处于高能级状态，并且经过一段时间后会跃迁至低能级状态。
在这个过程中，电子释放出多余的能量，这些能量以光子的形式被释放出来。
光子是光的基本单位，具有波粒二象性。
灯泡内通常充满了某种气体，如氩气或氮气，这些气体可以通过电流激发并帮助电子跃迁。
灯泡内的气体压力和组成可以影响光的颜色和亮度。
另外，某些灯泡采用了一种半导体材料，如LED（发光二极管），LED通过电流激发半导体中的电子，使其跃迁并发出可见光。
与传统的灯泡相比，LED更高效、更耐用，并且能够发出特定颜色的光。
总的来说，灯发光的原理是通过激发电子并引发跃迁，产生能够感知的光。
不同类型的灯具使用不同的材料和原理，因此它们可以产生不同颜色和亮度的光。
科普小知识为什么电灯泡会发光
科普小知识为什么电灯泡会发光科普小知识：为什么电灯泡会发光引言：电灯泡作为一种普遍存在且被广泛使用的照明设备，电灯泡内部的发光原理仍然是许多人感兴趣的话题。
本文将为您科普电灯泡发光的原理，并解释光的产生与电能转化的关系，帮助您更好地理解为什么电灯泡会发光。
第一节：电灯泡结构及基本原理电灯泡是由一个灯泡外壳、一支金属丝灯丝、充填有气体的灯泡内部组成的。
灯泡外壳一般由玻璃制成，以确保内部电路和光产生过程受到保护。
金属丝灯丝被固定在灯泡的两个金属脚上，其材料通常为钨或钼，具有较高的熔点和较低的蒸发速率，能够在高温下稳定发光。
第二节：电灯泡的工作原理电灯泡的工作原理是基于电热效应。
当通电通过金属丝灯丝时，灯丝内部的电阻会将电能转化为热能。
金属丝灯丝受到电能的加热，达到高温状态后，周围的空气也一同被加热。
第三节：发光原理当金属丝灯丝达到足够高的温度时，其将发射出可见光，这就是我们常说的灯泡发光的原理。
光的产生是由于物质受热后电子的激发和跃迁效应。
金属丝灯丝在高温下，内部的电子激发至较高能级，当电子从高能级返回低能级时，会放出能量并以光的形式散发出来。
第四节：灯泡外壳的作用灯泡外壳起到保护灯丝和内部电路的作用，同时也能对光的散射产生调节效果。
外壳材料一般是透明的玻璃，能够让光线通过并照亮周围环境。
在灯泡外壳内部充填的气体，如氮气、氩气和氖气，能够延长金属丝灯丝的寿命，并调节灯泡发光的颜色。
结论：通过以上对电灯泡发光原理的科普，我们了解到电灯泡能够发出光的原因是由于金属丝灯丝在通电后加热并达到足够高的温度，从而使电子激发并产生可见光。
灯泡外壳作为保护和调节光线的元件，能够影响灯泡发光的效果。
我们在日常生活中使用电灯泡时，不仅能享受到舒适的照明效果，也能对其工作原理有一定的了解。
参考文献：[1] W. Jaeger, W. Ernst, "Glow Discharge Lamps," Phys. Technol. J., vol. 1, no. 7, pp. 74-78, 2017.[2] J. H. Miller, "The Electric Light: Edison and His Invention," Am. Heritage, vol. 45, no. 6, pp. 95-102, 1994.。
第二章光致发光和电致发光的基础知识
20
基础光物理—磷光光谱分析
磷光光谱分析
磷光：基态分子受激后，跃迁到能量较高的能级，再从T1态跃迁回基态
所产生的光辐射（T1 S0 )
磷光主要参数：量子效率、磷光强度、磷光寿命、最大发射波长 磷光强度: IP=2.3 I0Plc = Kc 式中IP-磷光强度，P-磷光效率，I0-激发光的强度，-磷光物质的摩尔吸收
y y y
x z z
x z
x
1s轨道
2s轨道
2px轨道
2py轨 道
2pz轨道
43
有机材料中的能带和载流子
量子力学相关概念
价键理论
y
y
x
x
x
(1) 如果两个原子各有一个未成对电子且自旋反平行，就可耦合配对， 成为一个共价键 （i）1s轨道与2px轨道最大重叠 （ii）不是最大重叠 (2) 如果一个原子的未成对电子已经配对，就不再能与其它原子的未成 对电子配对，这就是共价键的饱和性 思考：BeCl2和 (3) 电子云重叠越多，形成的键愈强，即共价键的键能与原子轨道重叠 BF3分子中Be原子 程度成正比，这就是共价键的方向性 和B原子的分别是 (4) 能量相近的原子轨道可进行杂化，组成能量相近的杂化轨道 什么杂化类型？
跃迁到基态所产生的光辐射（S1 S0 )
荧光产生必须具备两个条件： 1. 分子的激发态和基态的能量差必须与激发光频率相适应 2. 吸收激发能量之后，分子必须具有一定的荧光量子效率 荧光主要参数：荧光效率(ϕ)、荧光强度(I)、荧光寿命(τ)、最大发射波长(λ)
发光分子数 荧光效率 激发态分子数
荧光寿命：分子荧光从最大亮度I衰减为I/2所用的时间。
胶束增稳：利用表面活性剂在临界浓度形成胶束，改变磷光体的微环境、 增加定向约束力，从而减小内转换和碰撞等去活化的几率，提高三重态 的稳定性。
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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
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。
称为激发态的寿命 只要始态能级相同，相应的发
光就有相同的衰减时间 发光衰减的规律是指数式的
发光的增长
dn I n dt
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
• 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 Sb3+ Mn2+ 2 、加入红粉后的光谱 3、加入的红粉光谱
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）
X X h
*
• 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
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
激发态可以跃迁到不同的基态时
– 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&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
• 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
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）
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
• 常见的生物发光都有很高的效率（0.88±0.12）
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
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90º 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
E h
• 光电导、光电发射、发光及光化学等效应都是粒子 性的体现
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：
线谱 宽带谱
Gauss函数 表示
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
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？
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
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20~30ms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
白炽灯效率20 lm/W，偏黄，日光灯的效率80~100lm/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