固体发光第三讲
固体发光课件
根据激发方式的不同，固体发光 可分为光致发光、电致发光、阴 极射线发光、化学发光和生物发 光等。
固体发光物质结构
晶体结构
固体发光物质多为晶体，其内部原子 或分子按一定规律排列，形成周期性 结构。
能级结构
固体发光物质的能级结构包括基态和 激发态，激发态的能量高于基态，当 物质吸收能量后，电子从基态跃迁到 激发态。
生物医学领域应用前景展望
生物成像
01
利用固体发光材料的荧光特性，进行生物标记和成像，可用于
研究细胞、组织等生物样本的结构和功能。
生物传感
02
将固体发光材料与生物分子相结合，构建生物传感器件，用于
检测生物分子、离子等物质的含量和变化。
光动力治疗
03
利用固体发光材料产生的光能，激活光敏剂并产生毒性作用，
材料性能参数及影响因素
发光效率
发光效率是衡量固体发光材料性能的重要指标， 包括量子效率和流明效率。量子效率表示发光的 量子数与吸收的量子数之比，流明效率则表示发 光的亮度与输入的电功率之比。
余辉时间
余辉时间是指发光材料在停止激发后，发光强度 衰减到初始强度的1/e所需的时间。长余辉材料在 夜间或暗环境下具有良好的指示和装饰效果。
发光颜色
发光颜色由材料的能级结构和发光机制决定，可 以通过改变材料的组成、结构或掺杂元素等方式 实现发光颜色的调控。
热稳定性
热稳定性是指固体发光材料在高温环境下的发光 性能保持能力。良好的热稳定性有助于提高材料 的可靠性和使用寿命。
新型固体发光材料研究进展
钙钛矿发光材料
钙钛矿是一类具有优异光电性能的材料，近年来在固体发光领域取得了重要进展。通过调 控钙钛矿的组成和结构，可以实现高效、稳定的固体发光。
固体发光原理范文
固体发光原理范文导语：固体发光是指固体物质在外部刺激下发出可见光的现象，包括荧光、磷光、电致发光、激活发光等。
固体发光现象广泛应用于照明、显示、传感、生物医学等领域。
本文将从能带理论、碰撞激发、束缚态辐射等方面解析固体发光的原理。
一、能带理论能带理论是解释固体电子结构的重要理论，从而能够解释固体发光的现象。
在固体中，原子通过化学键结合形成晶体，电子被束缚在晶体中的能量状态称为能带。
晶体中有一些高能量的价带和低能量的导带，两者之间有一段禁带。
当固体接受外界能量，电子跃迁到导带中，再由导带返回价带时，会释放出能量并产生可见光。
二、碰撞激发碰撞激发是导致固体发光的重要因素之一、在固体中，载流子（如电子、空穴）在晶格中运动，与晶格缺陷、杂质或其他载流子发生碰撞后，能量发生变化，产生光子释放，从而导致固体发光现象。
这种碰撞激发的产光过程往往是非辐射性的，即多数能量转化成了热能，只有一小部分能量转变为可见光。
例如，硫化锌晶体在紫外光激发下会产生蓝色荧光，这是由于电子受到碰撞激发后从导带返回价带而放出蓝色光。
三、束缚态辐射束缚态辐射是固体发光的另一个重要原理，间接带半导体的固体发光往往由此原理所驱动。
在间接带半导体材料中，价带和导带之间的能量差与动量差较大，载流子复合的几率相对较低。
在复合过程中，可以通过辐射复合或非辐射复合两种方式。
辐射复合即通过辐射发射光子释放能量，而非辐射复合则是将能量转变为热能，重新回到束缚态。
通过选择合适的材料和对带隙进行调控，可以实现固体发光的控制和优化。
四、发光中心在实际的固体发光中，通常需要添加一些其他组分作为发光中心的能源输送者。
这些发光中心能够接受外界能量并转换为可见光。
例如，荧光粉中的元素（如镭、铈等）能够吸收紫外光并发射可见光，从而产生明亮的荧光。
激活剂是一种能够改变晶体结构和能带结构的添加剂，可以改变材料的能带结构从而调控发光性能。
结论：固体发光原理涉及到能带理论、碰撞激发和束缚态辐射等多个方面。
固体材料发光的过程
固体材料发光的过程固体材料发光是指一种特殊的物理过程，通过该过程使一些物质在受到外界激发后，从基态的低能级跃迁到激发态的高能级，随后再退回到基态而释放出能量。
这种能量释放就被称为发光。
在科学研究中，固体材料发光的过程又被称为发光效应。
发光效应除了在物理学中有着广泛应用外，也在许多现代高科技领域中发挥着重要作用，例如发光二极管（LED）、激光、荧光探测等。
因此，我们有必要更加深入地了解这种特殊的物理现象。
1. 固体材料发光的原理在固体材料中，原子与原子之间会相互作用，这种相互作用被称为晶格振动。
当固体材料受到能量激发时，晶格振动也会加强。
在这种情况下，一部分电子会从基态跃迁到激发态，形成一个高能电子空穴对。
在跃迁过程中，能量被吸收，电子将占据更高的能级。
接着，高能电子会以自旋转移过程或释放光子的形式退回到基态能级，此时它会释放出能量，使光子被激发并发出光线。
发出的光的颜色和物质交互的能量有关。
2. 固体材料发光的分类固体材料发光根据其发光机理的不同，可以分为热光发射、荧光发射、磷光发射三类。
（1）热光发射热光发射是指当物质被激发时，由于物质自身迁移、俩常相互碰撞、杂质等因素导致激发态电子从一个能级到达另一个能级，从而产生较为连续的光谱。
热发射通常重点考虑于固体，例如，金属的金属氧化物复合物（MOSFET）器件中，金属掺杂杂质随热上升转移时会发射光谱。
（2）荧光发射荧光发射是指物质在光子激发下产生荧光现象。
当物质受到较短的光辐射时，它的电子会从基态跃迁到激发态，它们会留在高级位置，直至它们的能量低于最初吸收的激发光子的能量。
此时，电子就会返回到基态位置，发散一个与吸收的激发光子的波长不相同、色散谱具有特定势能和外激发电子几何形状的新光子。
荧光相机、光发光材料、光伏器件都是荧光效应的应用物。
（3）磷光发射磷光发射是指物质激发到亚稳态和稳态后，再向低能级跃迁发射光谱。
它又被分为自激发发光、导致发光、化学发光三个部分。
描述固体材料发光的过程
描述固体材料发光的过程
固体材料发光的过程可以是荧光、磷光或者夜光等。
这里以荧光为例，描述固体材料发光的过程：
固体材料发光的起源是原子、分子或晶格缺陷能级中的电子。
当外界能量激发材料中的电子到高能级时，这些电子在回到基态时可能会向外释放能量，而这部分能量以光的形式来体现，从而发生荧光现象。
具体地，当固体材料被激发时，电子被激发到高能级，形成激发态。
这些激发态的电子会逐渐衰减，回到基态并放出能量，这个能量会以光的形式辐射出去，也就是固体材料发光。
荧光现象是一个快速的过程，在激发结束后也会立即停止。
值得一提的是，不同种类的固体材料对外加的激发源的响应不同。
对于某些材料，紫外线的激发会使其发射蓝光。
而对于其他材料，激发后可能会产生长时间的磷光，甚至在黑暗环境下仍然能够发光。
总之，固体材料发光是因为激发态的电子在衰减后释放能量，形成光子的现象。
掌握这一原理，可用于荧光探针、激光器和LED器件等应用中。
固体发光
固体发光第一部分基本理论第一章概述一、基本定义：发光：发光是指物体内部以某种方式吸收的能量转化为热辐射之外的以光的形式出射的多余能量，而且这种能量的释放过程具有一定的时间。
分立发光：指发射来自晶体中的原子、离子或离子的复合体（complex）如WO42-等，基质的晶格可以影响发光中心的能级（包括改变能级的位置，降低能级的简并度，改变能级之间的跃迁几率），但是发光（光发射）的主体仍然是这些原子（或离子，离子的复合体）。
复合发光：通常是指倒带电子与价带空穴符合产生的光发射。
或者导带电子价带空穴参与的发光过程。
余辉：当受到外界光激发时，发光中心的基态电子跃迁到激发态，激发停止后，发光过程的延续。
位形坐标：位形坐标可以用来表示发光中心离子与其周围晶格环境中分布的离子所构成体系的能量（其中包括离子势能、电子能量以及电子和离子之间的相互作用能量）与周围晶格离子的位置之间的关系，位形坐标图的纵坐标表示存在晶体中的发光中心的势能，而横坐标则表示中心离子和周围离子的位置关系。
上转换发光：所谓的上转换发光就是用长波长的光激发材料，使产生短波长的光，即将低能量的光子产生高能量的光子的发光过程。
量子剪裁：量子剪裁也称为下转换发光，是指吸收一个高能的VUV光子，发射两个或者以上可见光光子的材料。
辐射跃迁：激发态分子以释放辐射的形式失活到基态和低能激发态的过程，称为辐射跃迁。
非辐射跃迁：非辐射跃迁表示原子在不同能级跃迁时并不伴随光子的发射或吸收，而是把多余的能量传给了别的原子或吸收别的原子传给它的能量。
敏化发光和敏化剂：固体发光中两个不同的发光中心通过相互作用，将一个中心吸收的能量传递到了另一个中心，以致后一中心的发光得到加强的现象，前一中心称为敏化剂。
Stokes位移：电子吸收激发光能量后通过跃迁过程发射光子，由于损失一定能量使得发射能量低于吸收能量，对应的能量差被称为Stokes位移。
能量传递：指某一个被激发中心把获得的能量全部或者部分传给另一个中心，并使其发光的过程。
固体发光复习大纲
2009-2010固体发光学复习提纲第一章概论1. 发光的定义。
发光的种类（按激发方式分）2. 表色系：CIE色坐标和CIE-xy色度图的意义。
R(红)G(绿)B(蓝)W(白)各色的色坐标的大致范围。
3. 视见函数和亮度。
Stokes定律。
4. 发光材料（详见附录）5. 发光的应用，特别注意那些重要的或有广泛应用的方面。
6. 发光中的物理问题。
第二章发光材料及其特征1.发光材料的三种形态。
哪些应用使用粉末材料？哪些使用单晶，哪些用薄膜？2.什么叫基质，激活剂，敏化剂？3.发光的几个基本特性的定义。
它们所代表的物理过程。
激发光谱的意义。
光谱的宏观表示和微观量的关系。
4.P18 根据图2.12推导式(2.16）和(2.17)。
5.发光衰减的两种主要的表示形式。
它和微观过程的关系。
6.发光效率的几种表示。
量子效率和衰减常数的关系。
第三章群论简介1．群的表示。
不可约表示。
特征标。
2．对称群举例。
3．群表示的基函数。
4．表示是否可约的判据。
5．能级的简并。
微扰产生的能级分裂。
第四章分立中心发光和复合发光1.自由离子的能级结构和光谱项2．晶格场的作用。
能级分裂的物理图象。
3．3d 电子的能级分裂的特点。
Dq 的意义。
Tanabe-Sugan图。
分裂能级的符号及其所代表的意义4．稀土离子能级。
泡利不相容原理，能量最低原理和Hund 定则。
如何利用它来确定基态。
4f-4f跃迁禁戒的原因。
解除禁戒的条件。
第五章晶格弛豫与无辐射跃迁1. 位形坐标模型的物理意义。
它能说明或解决的一些物理现象。
如：电子-声子相互作用，Stokes频移，发光线形，光谱的温度依赖关系和发光的温度猝灭。
2. 晶格与电子相互作用的含义。
Frank-Condon 原理（具体波动方程解法不要求全都都能理解）。
用位形座标模型来说明黄昆因子的物理意义。
第六章发光动力学1. 分立中心发光的激发和衰减2. 复合发光衰减的能带模型3. 复合发光的衰减规律。
固体发光材料的发光过程
固体发光材料的发光过程固体发光材料是一种能够吸收能量并转化为光能的材料，它在许多领域如显示技术、照明和激光技术中有广泛的应用。
固体发光材料的发光过程涉及到能量的吸收、激发和辐射等多个步骤。
本文将详细介绍固体发光材料的发光过程。
固体发光材料的发光过程可以分为三个主要的步骤：吸光、激发和辐射。
首先，当固体发光材料吸收入射光时，光子的能量会被传递到材料内部。
这个过程中，光子与材料中的原子或分子相互作用，能量被吸收，电子在原子或分子中被激发到一个更高的能级。
吸收光的波长通常是固体发光材料所能够吸收的可见光范围内的波长。
其次，激发过程中的能量将导致电子从基态跃迁到激发态。
这个激发态可以是材料的能带中的一个激发态，也可以是对材料的掺杂物所形成的激发态。
激发态的电子处于一个不稳定的状态，它们具有较高的能量，会迅速退激变为基态。
最后，当电子退激回到基态时，会释放出储存在激发态的能量。
这个能量以光子的形式辐射出来。
固体发光材料可以通过自然辐射（发光材料在基态和激发态之间的能级差是一个光子的能量）或受激辐射（当发光材料处于激发态时，吸收一个来自外部的光子，从而产生一个较高能量的激发态电子，然后激发态电子通过退激辐射出来）的方式发射光。
固体发光材料的发光机制可以通过不同的原子或分子能级的排列来解释。
比如，荧光发光通常是由于分子间的电子迁移导致的。
荧光体通常是一种有机材料，当受到外部激发，内部的激发态电子会通过退激辐射出光。
荧光体的光子发射通常是均匀分散的，具有较长的衰减时间。
另一种发光机制是磷光发光。
磷光材料通常是无机材料或有机-无机复合材料。
它们的发光是由于掺杂物的存在所引起的。
在这种情况下，掺杂物取代了材料中的原子或分子，并在晶格中形成陷阱能级。
当吸收入射光时，能量被转移到掺杂物，促使掺杂物的电子跃迁到陷阱能级，并通过相同的辐射机制产生发光。
此外，磷光材料还可以通过改变其材料和结构来调控其发光性能。
例如，控制材料中的缺陷浓度和陷阱能级的能量，可以改变磷光的发射波长和强度。
固体材料光谱学优秀课件
BLT薄膜折射率和消光系数
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椭圆偏振光谱的优点
1.测试过程对于被测试样品损伤和破坏极小。 2.测量精度高. 椭偏光谱的工作原理虽然建立在经典
电磁波理论上,但实际上它有原子层级的灵敏度. 对 薄膜的测量准确度可以达到1nm,相当于单原子层 的厚度. 3.能同时分别测量出几个物理量. 椭偏光谱可直接得 到光学常数的实部和虚部,不需要K - K关系. 4.测量的速度很快. 5.对被测样品以及被测样品所处的环境条件无特殊要 求。
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洛伦兹振子模型
光与物质的相互作用，也就是固体对 光的响应可以看成阻尼振子体系在入射光 作用下的受迫振荡。
一个谐振子的运动方程可以表示为：
M * x M *x M *02xq0e E i t
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M N*q20
2i/ 122
复介电常数 rii能够用上面的公式表达，
折射率和消光系数用下面的公式表示：
n 1 2
2 r
i2
r
k 1 2
2 r
i2
r
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实验数据处理
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Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜 ψ和Δ的光谱
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BLT薄膜拟合的参数值
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BLT薄膜介电常数
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[3] Z. G. Hu, Structure and Optical Properties of Ferroelectric PbZr0.40Ti0.60O3 Films Grown on LaNiO3-Coated Platinized Silicon Determined by Infrared Spectroscopic Ellipsometry, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 9737–9743
2014年 固体发光课件解读
荧光菌
夜明珠：
古代“夜明珠”，是指 能够在夜晚（或暗室中） 自行发光的天然物体。 而且这种光是人用肉眼 能够直接看到的光。 萤石
人体发光：
20世纪40年代，前苏联科学家发现：在置于高频 电场中的生物体周围，会闪动着色彩绚丽的光环和 光点，而当生物体死亡后，这种光环和光点也随着 消失。 同法研究人体，惊奇的发现人体的各部位发出 的光有不同的颜色：手臂是蓝色的、心脏是深蓝的、 臀部是浓绿色的。更有趣的是，人体某些部位发出 的光非常强，恰好与古代中国人发现的700多个穴位 相对应。
Sm Eu Gd Tb Dy ④ ③ Lu ② ①
Pr Nd Pm
Ho Er Tm Yb
La Ce
0
1 2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
①4F电子的数目 ②发光不是线谱的元素 ③只在作为掺杂时才发光的元素 ④固态、液态或作为掺杂时都可发光的元素
•由组成化合物基质的元素发光： 低温下阴极射线激发
发光树：
非洲北部有一种发光树，白天与普通树没区别。
但每到晚上，从树干到树枝通体会发出明亮的光。由
于这种树发出的光比较强烈，当地人经常把它移植到 自家的门前作为路灯使用。在夜间，人们可以在树下 看书甚至做针线。 科学家解释：这种树之所以会发光，是因为其树根特 别喜欢吸收土壤中的磷。这种磷会在树体内转化成磷 化氢，而磷化氢一遇到氧气就会自燃，从而使得树身
亮度：亮度高低不能区分各种类型的非平衡辐射； 光谱改变及非相干性：不仅在发光中存在，在联合 散射和康普顿 - 吴有训效应中也有。而且，作为在 特定条件下的发光，如激光（受激发射）及超辐射 （特殊条件下的自发发射），具有相干性。 偏振度：在发光现象中并没有带普遍性的特点。 辐射期间：是判据。发光有一个比较长的延续时间 (Duration) ，这个延续时间有长有短，总之都比反 射、散射的持续时间长很多。
326日固体发光课件 共131页
发光树：
发光树不仅在非洲有，在乌克兰西部甚至有一 个能在夜间发出奇光的“发光森林”。长约1.8万米， 宽约5000米。白天看起来与一般森林没有什么两样， 可是一到夜间，整个树林像用荧光粉涂过一样放着 耀眼的光。
据称，这片森林不仅会发光，如果人靠近的话， 还会有一种热乎乎的感觉。更加奇怪的是，这片林 子里没有任何飞禽走兽，甚至连昆虫都没有。
元素化合物（如硫酸盐等）是本身可以发光的。
Sm Eu Gd Tb Dy
④
Pr Nd Pm
Ho Er Tm Yb ③
La Ce
Lu ②
① 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
①4F电子的数目 ②发光不是线谱的元素 ③只在作为掺杂时才发光的元素 ④固态、液态或作为掺杂时都可发光的元素
放射线发光 RL(Radioluminescence) ： 是各种射线如α、β、γ等核辐射激发的发光。 应用：辐射剂量计。
X射线发光 RL(Radioluminescence) ： 应用：医用X光透视屏和摄像增感屏。
上述射线都是高能量的，主要是通过产生的次级 电子激发发光。
化学发光 (Chemiluminescence) 应用：紧急照明等。如市场上产品，一种含两种隔离开化
实例2：夹在两平行板电极间薄层材料产生的发光。 可用于计算机液晶显示屏的背照明。 (材料可以是蒸发的薄膜，
也可以是和绝缘材料混合涂敷的发光粉末；所加电压可以是交流或直流。)
过去，高亮度电致发光主要是由无机材料产生的。八十年代后期，在有机 材料中也获得了明亮的p-n结发光，其相应研究蓬勃开展起来。
•由组成化合物基质的元素发光：低温下阴极射线激发
纯ZnO、CaO、SrO等，发光与中性原子Zn、Ca、Sr的电子 跃迁频率间有明显关系，是后者和晶格结合的结果。
固体电致发光 ppt课件
OLED器件的发光机制
如下图的典型多层 OLED构造，发光过程 为：载流子注入是经 过阴极和阳极注入到 电极内侧有机功能薄 膜层，载流子分别从 电子传输层和空穴传 输层向发光层迁移， 电子和空穴在发光层 中相，相互束缚而构 成激子〔Exciton〕， 激发态能量经过辐射 跃迁到基态。
三、发光二级管
可以卷的、便携式显示器
OLED器件的发光机制
OLED的根本原理为：参与一外加偏压，使电子空 穴分别经过空穴传输层与电子传输层后，进入一 具有发光特性的有机物质，在其内部发生复合， 鼓励出一个激子，再将能量释放出来回到基态， 而这些释放出来的能量中，通常由于发光资料的 选择及电子自旋的特性，只需25%〔单重态到基态 〕的能量可以用来当作OLED的发光，其他75%〔三 重态到基态〕的能量以磷光或热的方式回归到基 态。选择不同的发光资料〔带隙不同〕可得到不 同颜色的发光。
1. 器件制造
❖ 可用不同的半导体技术来制造电致发光器件：融 熔，在晶体生长过程中外延，分散和离子注入等。
❖ SiC电致发光器件激起了人们很大兴趣，由于它们 稳定性特别高，任务寿命长，并能抗电流过敏， 耐热及耐受其它外部作用。人们可以制备出发出 任何颜色可见光乃至发出紫外光的SiC电致发光器 件。
❖ 在不改动器件制造方法的情况下，在这种器件中 SiC发光颜色的控制既可以经过采用: ①不同的多型体,仅由于SiC的不同多型体禁带宽 度上的差别就可以使辐射的光子能量改动0.8eV. ②可以经过掺不同的发光激活剂来实现。比如说 6H-SiC分别掺Be，B，Se和Al就可以制出红、黄、 绿和蓝色的发光器件。
二、电致发光器件和原理
电致发光(电场发光，EL)是指电流经过 物质时或物质处于强电场下发光的景象， 普通以为是在强电场作用下，电子的能量 相应增大，直至远远超越热平衡形状下的 电子能量而成为过热电子，这过热电子在 运动过程中可以经过碰撞使晶格离化构成 电子、空穴对，当这些被离化的电子、空 穴对复合或被激发的发光中心回到基态时 便发出光来.
2.4 固体发光光源
一、场致(电致)发光光源
1、定义：场致发光是固体在电场的作用下将电能 直接转换为光能的发光现象，也称电致发光。 2、有三种形态 粉末场致发光源 薄膜场致发光源 结型场致发光源（二极管）
交流粉末场致发光屏
1、结构，如图所示
玻璃板
荧光粉层 反射层
透明导电膜
铝箔电极
2、工作原理：粉层中自由电子在强电场的作用下加速，获 得很高的能量，它们撞击发光中心，使其受激发而处于激发 态。当激发态回到基态时以发光形式释放能量。
透明电极 透明介电质层 前玻璃基板 放电区 紫外线 壁障(隔断)
保护层
在PDP中，有数百万个 如上所述的微小荧光灯， 称为放电胞，其工作原 理与结构如图所示。
荧光粉
发光区 后玻璃基板 选址电极
行电极 放电胞 列电极 电压
（2）PDP的特点 ①……②……③……④…… ⑤……⑥……⑦……P41
为PDP整体结构示意图
§2.1 光源的特性参数 §2.2 热辐射源 §2.3 气体放电光源
§2.4 固体发光光源
§2.5 激光器
2.4 固体发光光源（FPD）
一、定义
固体发光光源又称平板发光器件或平板显示器。平板显 示器的厚度较薄，看上去就像一块平板。
二、分类
1、平板显示(FPD) 按发光类型分：主动发光型和被动发 光型两种。前者媒质自己发光，后者则靠媒质调制外部 光源实现信息显示。 2、按媒质和工作原理分：液晶显示(LCD)、等离子体显 示(PDP)、电致发光显示(ECD)和电泳发光显示(EPD)等。
P
扩散
N
漂移
外加正向偏压
PN结未加偏压时，在PN结内形成内电场，内电场阻碍电子从N区进入P区， 空穴从P区进入N区。 在外电场作用下，电子和空穴就会克服内电场作用，电子从N区横越结区进 入P区，空穴从P区横越结区进入N区。 在耗尽层里，电子能够自发地与空穴复合而放出能量----产生光子，光子 朝各个方向运动，这就形成了结型发光，这就是LED。在LED中，向各个方 向发出的光是自发发射的。
固体发光讲义 - 附录1 - 一些重要发光材料
附录1：一些重要发光材料发光材料种类繁多，这里只能举出一些使用较多的已成为商品的材料。
F-1-1 激光材料：固体激光器是1960年Maiman首先实现的。
当时他用的晶体是所谓红宝石，即A1203：Cr3+。
这是一种已经仔细研究过、在那以前几十年就已知道的发光晶体。
正是由于对它的发光性质和其它光学性质以及力学、热学等性质都有相当祥尽的了解，才使得人们用它来试制激光器。
这是许多例子中的一个，说明基础研究在科学技术发展中的作用。
在这以前，谁也说不出研究红宝石的那些性质有甚么用处。
固体激光晶体经过近二十年的研究，已经发现的不下千种。
从化学成分上划分，基本上是两大类：氟化物和复合氧化物或复合含氧酸盐。
后者占绝大多数。
其余还有少数氯化物和溴化物晶体。
这是1981以前的统计[Kaminski 1981. Weber 1981]。
到现在为止，应该还要多。
但这只是一些能产生激光的晶体，广泛使用的则比较有限。
除了红宝石用于短脉冲激光器以外，另一种用得更多的就是： 掺钕的钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet)简写为YAG：Nd，分子式为Y3Al5O12：Nd．。
这是应用最广泛的一种晶体。
第三种重要的激光材料是：稀土激活的玻璃。
玻璃的优点是原料成本低，容易制成各种形状，工艺过程也远比晶体生长简单。
缺点是热导率差，因而不能用于大功率器件。
半导体材料：GaAs做成的p-n结激光器。
这广泛用于光盘，当然也是需要微型激光器件的所有系统不可或缺的东西。
另外还有GaAsP，GaAlAs、GaInN等短波(短到紫外)和InAs等长波(>3微米)同质结以及异质结激光器。
F-1-2 灯用材料：四十年代研制成的至今仍在使用的单一基质卤磷酸钙荧光粉：3Ca3(PO4)：Ca(F，Cl)2：Sb3+，Mn2+， 白光 流明效率80lm／W。
这种灯的缺点是它的显(现)色性(color rendering)不大好，就是说，几种标准有色物在它的照射下的色坐标和在白昼光下的色坐标的均方差较大[荆其诚1979]。
固体发光
孤立发光中心光致发光
发光中心（激活剂） Ce3+:4f1 Y3Al5O12:Ce3+
基质
5d
导带 520nm 460nm
2F 7/2 2F 5/2
激发光谱 发射光谱
570nm
价带
•发射光谱：某一波长入射光激发下，发射光能量随发射光波长变化。 •激发光谱：监控某一波长发射光，发射光能量随激发波长变化。
1
发光的分类
依据激发方式不同，固体发光可分为以下几种形式：
光致发光：如荧光灯，PDP。
电致发光：如LED。 阴极射线发光：CRT。 高能射线或粒子（X射线，射线，粒子等）
发光：如医学胸透。
化学发光：如荧光棒。
生物发光：如萤火虫。 机械发光：摩擦发光。
2
光致发光的一般过程
吸收 A2* A1*
1）当AlxGa1-xAs制成的发光器件发射波长为800nm，计算x值。
2） AlxGa1-xAs制成的发光器件，可用的发射波长范围为多少？ 2.发光过程的自发辐射跃迁寿命R为3.9s，非辐射跃迁寿命 NR为15.1s，计算其发光效率。 3. 简单解释为什么GaN的吸收谱为连续谱，而发射谱则是一 尖峰。
4
带间跃迁发光----光致发光
吸收 弛豫 光发射（电子空穴复合） 弛豫时间（飞秒级）远小于辐射跃 迁寿命（纳秒级）。故复合发光前， 电子和空穴已弛豫能级底部。
光致发光谱 。 激 发 光 ： 4.9eV
（ 253nm ） ， 发 射 光 ： 350nm （3.48eV）=GaN带隙
•不管激发光波长或激发方式如何改变，发射光波长总取决于半导体带隙。5
n1 A21 N 2
N2
A21叫自发辐射系数。其倒数即是电子处于激发态的寿命 。
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5.3 振动态的作用
HT：振动态的作用，亦即温度对能级的影 响。可用位形坐标图来表示。
5.4稀土离子的能级
对于稀土离子， H－H0＝He＋Hso＋ Hc ＋ HT 其中，He＞Hso ＞＞Hc 、 HT 对于稀土离子，即有： H－H0≈He＋Hso
稀土发光材料的特点
（1） 吸收和发射光谱呈线状，谱线丰富； （2）基质组成对发光颜色改变不大（Ce3＋和
Y2O3: 3+
450nm 450nm 450nm 543nm 543m 543nm 543nm 543nm
611nm
6.1.1.3 发展动态和最新进展
①新工艺：非固相合成方法的应用；材 料的表面处理。
②新品种：新型化合物；新型激活系统； 不球磨粉；纳米发光材料。
③新理论：量子剪裁；上转换发光。 ④新课题：环境保护；节约能源。
荧光比例 （％） 约85 约20 2以下 90以上 约80 约80 约85 95以上
主要特点、用途
室内照明 亮度高，室外照明 大功率，室外照明 稳定性，显示 彩色，广告 LCD背光源 寿命长，普通照明 信息光源
6.1.1 荧光灯用发光材料
6.1.1.1 发展历史 第一代灯用发光材料（1938—1948） 蓝粉CaWO4 ，绿粉Zn2SiO4:Mn ，红粉CdB2O5:Mn 第二代灯用发光材料（1948— ） 卤光粉效：高3，C光a3(色PO可4)调2C，a(价F,C廉l)。2 : 缺Sb点, M：n显。色优性点差：，单光一衰基大质。， 第三代灯用发光材料（1971— ） 稀土发光材料，特点：发光效率高；抗紫外辐照、高
多重态分裂值
多重态分裂值(一般称Landé参数)ξnl的计 算: ξnl =5.8∫[R2du(r)/rdr]dr
ξnl与α2Z2成正比. α离子电价加1，Z原子序数。 4fn组态， ξ4f ＝1000～10000 3dn组态， ξ3d ＝100～1000 4dn组态， ξ4d ＝300～1000
5.1.3 电子自旋与轨道之间的相互作用
Hso：表示自旋和轨道之间的相互作用，产生于全部电子自旋产生 的磁偶极矩和轨道取向产生的电偶极矩之间的相互作用，即S和L 的耦合。这种耦合作用产生所谓总角动量量子数，用J来表示。由 此产生的光谱项的分裂记为
2S+1L ，称作光谱支项。 当L>JS时，J=L-S、L-S+1、… L+S，共2S+1项 当S>L时，J=S-L、S-L+1、…S+L，共2L+1项 2S+1或2L+1 即为多重态的数目。 如4F为四重态，它在Hso的作用下分裂为：4F3/2、4F2/5、4F2/7、4F2/9。 7F为七重态，分别是7F0、 7F1、 7F2、 7F3、 7F4、 7F5、 7F6。 8S为单重态，8S2/7
其次就是荧光转换材料的性能。 LED照明灯光效的提高仍有很大空间，达到和超过荧
光灯的光效是完全有可能的，因为荧光灯120lm/W的光 效已差不多接近了其理论上可以达到的最高值。
温稳定性好，适应高负荷荧光灯的要求；可见光区谱 线丰富。
6.1.1.2 应用现状
目前已开发和应用的稀土发光材料如下表所示。
发光材料 化学组成
主发射
蓝粉 绿粉
红粉
(Sr,Ca,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu 2+ BaMgAl10O17:Eu 2+ ; BaMg2Al16O27:Eu 2+
(Ce,Tb)MgAl11O19 LaPO4: Ce 3+ ,Tb 3+ Y2SiO5 : Ce 3+ ,Tb 3+ GdMgB5O10 :Ce 3+ ,Tb 3+ La2O3,0.9P2O5,0.2SiO2 : Ce 3+ ,Tb 3+
6.1.2 LED照明灯用发光材料
6.1.2.1 结构原理
白光LED主要通过两种途径实现：一种方式是 用一个LED芯片和荧光物质组合发光，即单芯 片白色LED；另一种采用红、绿、蓝三色LED 组合发光,即多芯片白色LED。现在世界各国研 究比较活跃的还是第一种方法，因为后者存在 光色不易稳定的主要缺陷，并且其制造成本亦 较高。
见光； ②适宜的发光光谱分布，良好的显色性能； ③良好的颗粒特性和分散性； ④良好的热稳定性； ⑤有一定的耐紫外辐照和离子轰击的稳定性。
各类气体放电灯的特性
种类
低压荧光灯 高压荧光灯 金属卤化物灯 荧光辉光灯 霓虹灯 冷阴极荧光灯 无电极荧光灯 无汞荧光灯
激发源波长（nm)
254,185 365,297,313 可见谱线、谱带 紫外谱线 254 254 254 真空紫外
Eu 2＋除外）； （3） 温度对发光效率的影响较小； （4） f－f跃迁为禁戒的，故吸收系数低。
5.5 过渡金属离子的能级
对于过渡金属离子， H－H0＝He＋Hso＋ Hc ＋ HT 其中，He≈ Hc ＞ HT＞＞ Hso
6. 无机固体发光材料
6.1 照明灯用发光材料
对照明灯用发光材料性能的基本要求： ①能充分吸收激发源的能量并高效地转换为可
6.1.2.2 白光LED用荧光粉
——蓝光转换型荧光粉 ——近紫外转换型荧光粉 ——紫外转换型荧光粉
P324
6.1.2.3 发展现状及展望
当前，最好的芯片＋荧光粉组合型LED照明灯的光效 已达40～50lm/W；
白炽灯平均约15lm/W； 荧光灯可高达120lm/W； 最大光功当量～680lm/W。 决定LED照明灯效率的关键因素无疑是芯片的性能，
5.2 晶体场的作用
Hc:表示晶体场或配位场对离子能量的影响。 专著：晶体场或配位场理论，《群论及其在量子化学
中的应用》 （1） 配位场的强度决定能级分裂的大小； Δ≈（5eqr4)/(3R5) q:配位离子的电荷数目；r: 中心离子电子轨道半径；
R: 中心离子与配位离子之间的距离。
（2）配位场的对称性决定能级分裂的方式和数目；