光致发光材料荧光光谱分析
光致发光的光谱
二 光致发光光谱的产生机理 1 光致发光过程中的能量传输及转化
发光材料吸收了激发光 ，就会在内部发生能量状态的 转变：有些离子被激发到较高的能量状态， 转变：有些离子被激发到较高的能量状态，或者晶体内产生 了电子和空穴等。而电子和空穴一旦产生，它们的运动也伴 了电子和空穴等。而电子和空穴一旦产生， 随着能量的传输和激发态的转移。这样， 随着能量的传输和激发态的转移。这样，激发状态也就不会 局限在一个地方，而将发生转移。即使只是离子被激发， 局限在一个地方，而将发生转移。即使只是离子被激发，不 产生自由电子， 产生自由电子，处于激发态的离子也可以和附近的离子相互 作用而将激发能量传出去。这就是说， 作用而将激发能量传出去。这就是说，原来被激发的离子回 到基态，而附近的离子则转到激发态。这样的过程可以一个 到基态，而附近的离子则转到激发态。 接一个地继续下去，形成激发能量的传输。 接一个地继续下去，形成激发能量的传输。
7
三 斯托克斯发光和反斯托克斯发光
如果我们把一种材料的发射光谱和激发光谱加以比较， 如果我们把一种材料的发射光谱和激发光谱加以比较， 就会发现， 绝大多数的情况下 的情况下， 就会发现 ， 在 绝大多数 的情况下 ， 发光谱带总是位于相 应的激发谱带的长波边。 应的激发谱带的长波边。 斯托克斯定律： 斯托克斯定律：指发射的光子能量小于吸收的光子能 材料的发光谱带位于其相应激发谱带的长波边， 量 ， 材料的发光谱带位于其相应激发谱带的长波边 ， 即 材料吸收高能量的短波辐射，而发射出低能量的长波辐 材料吸收高能量的短波辐射， 射。
5
2 发光和猝灭
并不是激发能量全部都要经过传输， 并不是激发能量全部都要经过传输，能量传输也不会 无限的延续下去。激发的离子处于高能态， 无限的延续下去。激发的离子处于高能态，它们就不是稳 定的，随时有可能回到基态。在回到基态的过程中， 定的，随时有可能回到基态。在回到基态的过程中，如果 发射出光子，这就是发光。这个过程就叫做发光跃迁或辐 发射出光子，这就是发光。这个过程就叫做发光跃迁或辐 射跃迁。如果离子在回到基态时不发射光子， 射跃迁。如果离子在回到基态时不发射光子，而将激发能 散发为热（晶格振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭 ），这就称为无辐射跃迁或猝灭。 散发为热（晶格振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭。 激发的离子是发射光子，还是发生无辐射跃迁， 激发的离子是发射光子，还是发生无辐射跃迁，或者 是将激发能量传递给别的离子， 是将激发能量传递给别的离子，这几种过程都有一定的几 决定于离子周围的情况（如近邻离子的种类、 率，决定于离子周围的情况（如近邻离子的种类、位置 等）。
光致发光材料荧光光谱分析解读
第六章光致发光材料荧光光致发光材料荧光光谱分析荧光光谱分析案例：3000534.45000627.8Intensity/a.u.2000150010005000200300400500600700262.4Intensity/a.u.25004000300020001000550600650700567wavelength/nmwavelength/nm图6-1 CaS:Eu,Sm激发光谱（监控波长630nm）图6-2 CaS:Eu,Sm荧光光谱（监控波长630nm）10035003000Intensity/a.u.629.8806040200Intensity/a.u.250020001500100050005506006507007508001000120014001600λ/nmwavelength/nm图6-4 CaS:Eu,Sm红外响应光谱图6-3 CaS:Eu,Sm红外上转换发射光谱（980nm激发）概念：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。
在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。
如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。
概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。
用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。
日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。
一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。
夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。
当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。
光致发光材料光谱分析
第六章光致发光材料光谱分析概念：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。
在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。
如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。
概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。
用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。
日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。
一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。
夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。
当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。
紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。
因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。
下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。
一. 吸收光谱当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。
只有被吸收的这部分光才对发光起作用。
但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。
研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。
发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即：I(λ)=I0(λ)e-kλx其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。
kλ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。
发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。
二.反射光谱如果材料是一块单晶，经过适当的加工（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到反射的损失，就可以测得吸收光谱。
光致发光材料荧光光谱分析
光致发光材料荧光光谱分析荧光光谱分析是一种常见的材料分析方法，对于研究和应用光致发光材料具有重要意义。
本文将重点介绍荧光光谱分析的原理、方法和应用，并且阐述材料的荧光性质与结构之间的关系。
荧光光谱分析是一种基于材料的荧光性质进行定性和定量分析的方法。
荧光是一种分子或原子在受激发后由激发态向基态跃迁时所发出的光。
荧光光谱分析利用材料的荧光光谱特征来研究其分子结构、性质以及与外部环境的相互作用。
荧光光谱分析通常使用荧光光谱仪进行测量。
荧光光谱仪由光源、单色仪、样品室、检测装置和数据处理系统组成。
在荧光光谱分析中，首先选择合适的激发光源，激发材料发出荧光。
然后使用单色仪选择特定的波长范围进行分析。
荧光光谱仪能够记录和分析荧光强度与波长之间的关系。
根据荧光光谱的特征，可以对材料的结构和性质进行研究。
荧光光谱的特征峰值位置和强度反映了分子或原子的电子结构和激发能级。
荧光光谱的发射峰位和峰值强度可用于确定样品的成分和浓度。
此外，荧光光谱还可以用于研究荧光材料的光学性质、电子结构和分子动力学过程。
荧光光谱分析在材料研究和应用中具有广泛的应用。
一方面，荧光光谱分析可以用于荧光标记和探针的研究。
利用荧光探针可以实现细胞成像、荧光显微镜和荧光染料的研究。
另一方面，荧光光谱分析可以用于研究和应用光敏材料、发光材料和荧光分析法。
在无机材料中，荧光光谱分析可以用于研究和应用无机荧光材料。
例如，通过调节配位体和稀土离子的组合，可以实现发光材料的发光颜色和荧光效率的调控。
在有机材料中，荧光光谱分析可以用于研究和应用有机发光材料。
例如，通过调节有机分子的结构和共轭体系的设计，可以实现有机材料的发光配色和发光效率的提高。
总结起来，荧光光谱分析是一种用于研究光致发光材料的重要方法。
荧光光谱分析通过测量材料的荧光光谱特征，可以研究材料的结构、性质和与外部环境的相互作用。
荧光光谱分析具有广泛的应用前景，可用于荧光标记和探针研究、无机荧光材料和有机发光材料的研究。
光致发光的光谱
8
50
Intensity/a.u.
643.3
+
40 30 20 10 0 630
2 1
1-Excited by 270nm 642.6 2-Excited by 470nm
Intensity/a.u.
+
30 25 20 15 10 5 0 200
470.3
268.3
620.3
640 /nm
650
的强度很低，常常被看作是一种例外情况，没有实用价值。
实际上，对大多数发光材料而言，即使用发光区内的 波长还能够激发发光，效率也是极低的。随着激发波长的 增长，效率趋近于零。因此过去认为，反斯托克斯发光只 有理论上的意义。
11
100
7000
80
632
Intensity/a.u.
6000
Intensity/a.u.
7
三 斯托克斯发光和反斯托克斯发光
如果我们把一种材料的发射光谱和激发光谱加以比较， 就会发现，在绝大多数的情况下，发光谱带总是位于相 应的激发谱带的长波边。 斯托克斯定律：指发射的光子能量小于吸收的光子能 量，材料的发光谱带位于其相应激发谱带的长波边，即 材料吸收高能量的短波辐射，而发射出低能量的长波辐 射。
2
50
Intensity/a.u.
643.3
+
100 90 80
Intensity/a.u.
507.7 3+
4
40 30 20 10 0 630
1-Excited by 270nm 2-Excited by 470nm 2 642.6 + 1
70 60 50 40 30 20 10 0 450
光致发光和电致发光谱课件
电致发光的未来发展
1 2 3
高效节能技术 随着环保意识的提高，电致发光技术将不断向高 效节能方向发展，降低能耗，提高发光效率。
多功能化 电致发光技术将不断拓展其应用领域，如开发具 有温度、湿度、压力等多功能的电致发光器件， 满足更复杂的应用需求。
柔性化与可穿戴化 结合柔性电子技术，实现电致发光器件的柔性化 和可穿戴化，使其能够应用于可穿戴设备、智能 家居等领域。
02
光致发光和电致发光的材料
光致发光材料
光致发光材料在受到光照后，能够将吸收的光能转换为荧 光或磷光并释放出来。
光致发光材料通常由无机晶体、玻璃、陶瓷或高分子聚合 物等组成，它们能够将吸收的光能转换为较低能量的光辐 射，如荧光或磷光。这种材料广泛应用于照明、显示、生 物成像和传感等领域。
电致发光材料
发展趋势
光致发光和电致发光的发展趋势也不同，光致发光将更加注重智能化控制和与其他技术的 结合，而电致发光则将更加注重节能环保和柔性化、可穿戴化的发展。
光致发光与电致发光的比较
光致发光和电致发光虽然都是发光现 象，但它们的激发机制、光谱特性和 应用场景有所不同。
VS
光致发光是由光子激发产生的，其光 谱特性与吸收的光线波长有关；而电 致发光是由电流作用产生的，光谱特 性可以通过调节电流和电压进行控制。 光致发光通常用于荧光标记、生物成 像等领域；而电致发光则广泛应用于 显示器和照明技术。
03
光致发光和电致发光的谱线特征
光致发光谱线特征
连续光谱
温度依赖性
光致发光过程中，发射光谱通常是连 续的，这是因为发光过程中涉及的能 级差较小，导致光谱分布广泛。
光致发光谱线的强度和宽度随温度变 化，温度越高，强度越低，谱线越宽。
荧光光谱分析法1ppt课件
1.溶剂的影响 同一物质在不同溶剂中，其荧光光谱的形状和强度都有差别。
一般情况下，荧光波长随着溶剂极性的增大而长移，荧光强度也有 所增强。这是因为在极性溶剂中，ππ*跃迁所需的能量差△E小， 而且跃迁几率增加，从而使紫外吸收波长和荧光波长均长移，强度 也增强。
溶剂粘度减小时，可以增加分子间碰撞机会，使无辐射跃迁增 加而荧光减弱。故荧光强度随溶剂粘度的减小而减弱。由于温度对 溶剂的粘度有影响，一般是温度上升，溶剂粘度变小，因此温度上 升，荧光强度下降。
光条件为：λex=340nm，λem=455nm。
32
3．1二甲氨基5氯化磺酰萘(Dansyl-Cl，丹酰氯)
能与伯胺、仲胺及酚基的生物碱类反应生成荧光性产物。 取50mg或100mg试剂，溶解于500ml无水丙酮中即可使用。 与丹酰氯类似的一个试剂是丹酰肼(Dansyl－NHNH2)，它能 与可的松的羰基缩合，产生强烈荧光。荧光条件为：
1. 分子荧光的产生
★分子能级比原子能级复杂 ★在分子体系中，每个电子能级上都存在振动、转动能层 ★室温下大多数分子处于基态的最低振动能层
★在基态时，含有偶数个电子的分子，电子的ms为+1/2和1/2, s=0，M=1。则该分子所处的电子能态称为基态单重态, 用符号S0表示
5
分子吸收辐射后
S0
电子被激发且不发生自旋方向的改变 ms为+1/2和-1/2, s=0，M=1。则该分子所处的电子能态称为 激发单重态,用符号S表示。 （S1 S2 S3…） 电子被激发且伴随着自旋方向的改变 ms为+1/2和+1/2, s=1，M=3。则该分子所处的电子能态称为 激发三重态,用符号T表示。（T1 T2 T3…）
分子荧光光谱法(原理和方法)
概述
分子荧光光谱法(Molecular fluorescence spectroscopy )又称
为荧光光谱法或荧光分析法．是以物质所发射的荧光强度 与浓度之间的线性关系为依据进行的定量分析，以荧光光 谱的形状和荧光峰对应的波长进行行的定性分析．
荧光团杂化纳米二氧化硅微球
化合物
C6H5OH C6H5O— C6H5NH2
+ C6H5NH3
相对荧光 强度 18 10 20
0
荧光分光光度计
荧光分光光度计既可用于定量分析， 也可用于测绘激发光谱和荧光光谱
。荧光分光光度计既可用于定 量分析，也可用于测绘激发光谱 和荧光光谱。第一单色器选择激 发光波长（＞250nm的 紫外光）故称为激发单色器 第二单色器（荧光单色器） 与激发光入射方向垂直， 并选择荧光波长，可提高方法的选择性和准确度。
1. 激发
在室温下物质分子大部分处于基态的最低振动能级且电子自旋配对为单重
态．当吸收一定频率的电磁辐射发生能级跃迁时，可上升到不同激发态
的各振动能级，其中多数分子上升至第一激发单重态这一过程约需１０-
15秒.
激发
2 去活化过程
激发态分子的失活: 激发态分子不稳定，它要以辐射 或无辐射跃迁的方式回到基态
对于很稀的溶液，投射到样品溶液上的被吸收的激发光不到2%时， 即εbc＜=0.05时，上式的第二项后的各项可以忽略不计。则
F = φI0[1-(1-2.303 εbc)]=2.303 φ I0 εbc
当I0一定时 并且浓度C很小时,荧光强度与荧光物质浓度成正比
F = K·C
(K = 2.303 φ I0 εb)
发光光谱分析原理及分析方法.
– 固溶体材料的禁带Eg是随组分x值而变化的。其阴极荧光波长也随组
分而变化，对阴极荧光峰值和x值作出定标后，或根据已知Eg与组分 的关系，则可以对未知x值的样品实测CL谱，即可推知其中的x值。
2、发光中心浓度的测量 3、位错与缺陷的观察
发光衰变和时间分辨谱 在脉冲激发的情况下，在激发停止的短暂时间内，若在某一特 定时间间隔内，对某一发光成分测量其随时间的衰变规律，则 可得到该发光成分的物理机制，若在发光衰变的期间内，不同 时刻（实际上是足够短的时间间隔）测量荧光光谱，即得到时 间分辨谱。 基本原理：若激发脉冲在t=0时刻停止，则在t>0的某时刻实际 测得的R（t）是真实荧光衰减F（t）与测量系统的I（t）的卷积： t R(t)= 0 F(t’)I(t-t’)dt’
S=0.3
S=2.0
012 3
0 1 2 3 4 5
S=20
10
20
30
电子晶格振动耦合对吸收谱和发光谱都有影响，在吸 收谱中，声子伴线（或边带）出现在高能侧；在发光 谱中则出现于低能侧。由于声子边带的峰出现于相当 m’=S的能量位置，素斯托克斯位移 2dFC=2S 其中， dFC称为franck-Condon能量。T>0情形，在电子态g中， 较高的震动态 m ≠0,可以被占据则像︱g,m>→︱e,m’之 类的跃迁可以发生，其结果是使声子边带（或伴线） 加宽。
激发谱记录的是一个选定的某发射波长或发射谱中的一部分波长的强度随的某发射波长或发射谱中的一部分波长的强度随激发光波长的变化这是用以获得光阴杂质缺陷中心激发光波长的变化这是用以获得光阴杂质缺陷中心吸收和主晶格的基本吸收的一个传统方法其装置如吸收和主晶格的基本吸收的一个传统方法其装置如单色仪记录仪放大器除光辐射可以激发发光为电场阴极射线和高能粒子束等也可以激发发光
光致发光pmma荧光光谱曲线
在这篇文章中，我将为你探讨光致发光PMMA荧光光谱曲线这一主题。
我们需要了解什么是光致发光PMMA，它的特性和应用。
我们将深入研究荧光光谱曲线的原理和特点，以及如何对其进行分析和解读。
我将共享我的个人观点和理解，并总结回顾本文的内容，帮助你更全面、深刻和灵活地理解这一主题。
光致发光PMMA是一种通过光激发产生发光的聚合物材料，其特性包括高透明度、良好的光学性能和化学稳定性。
它在LED、荧光显示器、激光技术等领域具有广泛的应用，成为了现代光电材料中的重要一员。
了解其特性和应用有助于我们更好地理解光致发光PMMA在科技领域的重要性和前景。
接下来，让我们转向荧光光谱曲线。
荧光光谱曲线是指物质在受到紫外光、X射线或电子束等激发后，发出的荧光光谱特性曲线。
通过分析荧光光谱曲线，我们可以了解物质的能级结构、发光机制和特征波长，对于研究和应用具有重要意义。
在分析荧光光谱曲线时，我们需要关注几个关键参数：发射波长、激发波长、荧光量子产率和荧光寿命。
发射波长是指物质发出的荧光光的波长范围；激发波长是指激发物质产生荧光的波长范围；荧光量子产率是指单位时间内发射的荧光光子数与激发的光子数之比；荧光寿命是指物质从受激发到发出荧光的平均时间。
通过对这些参数的分析，我们可以深入理解荧光光谱曲线所反映的物质发光特性和机制。
我想共享我对光致发光PMMA荧光光谱曲线的个人观点和理解。
在我看来，光致发光PMMA作为一种环保、高效的发光材料，具有巨大的应用潜力。
通过对其荧光光谱曲线的深入研究和分析，可以为材料的优化和应用提供重要参考，推动光电材料领域的技术进步和创新发展。
总结回顾本文的内容，我们首先介绍了光致发光PMMA的特性和应用，然后深入探讨了荧光光谱曲线的原理、参数和分析方法。
我共享了我的个人观点和理解，希望能够帮助你更全面、深刻和灵活地理解光致发光PMMA荧光光谱曲线这一主题。
通过本文的阅读，我希望你能对光致发光PMMA荧光光谱曲线有更深入的了解，并在相关领域的研究和应用中取得更多的成果。
光致发光材料荧光光谱分析
507.7 3+
4
2
5 6 1
7
8
557.5
+
1 Ce0.02 2 Ce0.06 3 Ce0.1 4 Ce0.2 5 Ce0.3 6 Ce0.4 7 Ce0.5 8 Ce0.6
500
550
600
650
700
/nm
图6-7 燃烧法CaS:Ce,Sm样 品的荧光发射光谱
四、发光光谱（也称发射光谱）
1
发光现象 ： 当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的
激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质 只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处 于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中， 一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。如果这部 分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。
1400
1600
7000
632
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
-1000
550
600
650
700
750
w avelength/nm
图6-9 CaS:Eu,Sm的红外响应光谱和红外转换发射光谱波长比较
八、发光效率
它是发光体的重要物理参量。
通常有三种表示法：即量子效率ηq，功率效率（或能量 效率）ηp，和光度效率（或流明效率）ηl。
5000
6 2 7 .8
4000 567
3000
2000
1000
0 550
600
650
700
w avelength/nm
图6-1 CaS:Eu,Sm激发光谱（监 控波长630nm）
光致发光(PL)光谱
一、光致发光基本原理
1. 定义：所谓光致发(Photoluminescence)指的是以光 作为激励手段，激发材料中的电子从而实现发 光的过程。它是光生额外载流子对的复合过程 中伴随发生的现象
2. 基本原理：由于半导体材料对能量高于其吸收限的光 子有很强的吸收，吸收系数通常超过104cm-1，因此在 材料表面约1μm厚的表层内，由本征吸收产生了大量的 额外电子-空穴对，使样品处于非平衡态。这些额外载 流子对一边向体内扩散，一边通过各种可能的复合机构 复合。其中，有的复合过程只发射声子，有的复合过程 只发射光子或既发射光子也发射声子
5、 GaAs材料补偿度的测定 补偿度NA/ND（ND，NA分别为施主、受主杂质浓度
）是表征材料纯度的重要特征参数。
6、少数载流子寿命的测定
7、均匀性的研究 测量方法是用一个激光微探针扫描样品，根据样
品的某一个特征发光带的强度变化，直接显示样品的 不均匀图像。
8、位错等缺陷的研究
图3 CZT晶体在4.2K下典型的PL谱。该PL谱包括四个区域： （1）近带边区；（2）施主－受主对（DAP）区；（3）受主 中心引起的中心位于1.4eV的缺陷发光带；（4）Te空位引起的
在上述辐射复合机构中，前两种属于本 征机构，后面几种则属于非本征机构。由此 可见，半导体的光致发光过程蕴含着材料结 构与组份的丰富信息，是多种复杂物理过程 的综合反映，因而利用光致发光光谱可以获 得被研究材料的多种本质信息。
二、仪器及测试
测量半导体材料的光致发光光谱的基本 方法是，用激发光源产生能量大于被测材料 的禁带宽度Eg、且电流密度足够高的光子流 去入射被测样品，同时用光探测器接受并识 别被测样品发射出来的光。
它在探测的量子能量和样品空间大小上都 具有很高的分辨率，因此适合于作薄层分 析和微区分析。
光致发光和电致发光谱概述
斯托克斯定律（Stoke’s law）
发光材料的发射光波长一般总是大于激发光波长，这称为 斯托克斯定律，激发光波长（或能量）与发射光波长（或能量） 之差称为斯托克斯位移，或者说发光的光子能量通常要小于激 发光子的能量。
即材料吸收高能量的短波辐射，而发射出低能量的长波辐射。
反斯托克斯效应（Anti-stoke’s effect）
17
按照弗兰克－康登原理：
光学吸收跃迁是垂直的。原因是当 发光中心吸收了发光能时，系统的能量 将由基态竖直的跃迁到激发态。从基态 向激发态的跃迁是电子的，而水平位移 是核的，距离只是核间距，电子的激发 时间很短，电子的运动比核快很多，激 发结束的瞬间系统的位形没能来得及发 生变化。所以电子跃迁可以很好地近似 看作在静态环境内进行。
用于波长低于450nm的情形，汞灯和氙灯是常用的两种具有线状 谱的光源，汞灯有高压的和低压的，低压汞灯线状谱较锐，高压 汞灯工作在高温高压下，原子谱线展的较宽。但作为紫外光源， 二者共同的缺点是在可见光区和红外光区有较大的输出，另一种 常见的紫外光源是氘灯，虽然它的光强度较低，但具有很好的紫 外连续谱，且可见光成分很少。
耦合：电子与晶格振动相互作用。 △R反映了这种耦合的强度。
在较高温度下，起始状态也可能是 v＞0的能级，这样会使吸收带更宽。
位形坐标与对应的吸收谱
21
基质晶格吸收
除了发光中心吸收外界能量，基质晶格也会吸收能量，通 过两种方式：
1、产生自由电子和空穴；光跃迁属于电荷跃迁类型。 2、产生电子-空穴对（激子）。 前者需要的能量超过材料的带隙；后者可以略小于带隙。
然而，如果△ R≠0，则v＝o与几个v’＞ o能级间有最大的振动重叠，就可以观察到 宽带吸收。吸收带越宽，则△ R值越大。吸 收谱的宽度可以表征激发态和基态之间的△ R值的大小。
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PLPL（photoluminescence）光致发光光致发光（PL）是⼀种⽤于提供半导体材料的电学、光学特性信息的光谱技术，可以研究带隙、发光波长、结晶度和晶体结构以及缺陷信息等等。
PL谱分析光照射到发光材料上，激发产⽣荧光涉及到的PL谱有反射光谱，吸收光谱，激发光谱，发射光谱。
荧光和磷光均属于光致发光，所以都涉及两种辐射，即激发光(吸收)和发射光，因⽽任何荧光（磷光）化合物都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱，它们都是荧光（磷光）定性和定量分析的基本参数和依据。
定量分析是以物质所发射的荧光强度与浓度之间的线性关系为依据的⽅法。
定性分析是以荧光光谱的形状和荧光峰对应的波长进⾏的分析⽅法。
吸收光谱发光材料对光的吸收遵循以下的规律：I (λ) = I0 (λ)e –kλx其中I0 (λ) 是波长为λ的光射到物质时的强度，I (λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化⽽变化的，称为吸收系数。
k λ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。
反射光谱，就是反射率R ，λ随波长（或频率）的变化。
在得不到单晶的情况下，通常只能通过材料的反射光谱来估计他们对光的吸收。
激发光谱：指不同激发光波长的辐射引起物质发射某⼀波长荧光的相对效率。
由此可知，激发光谱反映不同波长的光激发材料的效果。
激发光谱表⽰对发光起作⽤的激发光的波长范围。
理论上最⼤激发波长与最⼤吸收波长是⼀致的，实际上经过校正的激发光谱与吸收光谱⾮常接近。
发射光谱发射光谱⼜称荧光光谱，指的是发光的能量按波长或频率的分布，是分⼦吸收辐射后再发射的结果。
⼀般地，光谱的形状可以⽤⾼斯函数来表⽰，即EV = EV0 exp[-a(υ-υ0)/2]其中υ是频率，EV是在频率υ附近的发光能量密度相对值，EV0是在峰值频率υ0时的相对能量，а是正的常数。
⼀般的发光谱带，⾄少近似地都可以⽤如上公式表⽰。
向TA求助其他回答共1条光致发光(PL)是表征半导体材料中电⼦状态的⼀种常⽤的测试⼿段。
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第六章 光致发光材料光致发光材料荧光荧光荧光光谱分析光谱分析案 例：20030040050060070050010001500200025003000262.4534.4I n t e n s i t y /a .u .wavelength/nm 55060065070010002000300040005000567627.8I n t e n s i t y /a .u .wavelength/nm550600650700750500100015002000250030003500629.8I n t e n s i t y /a .u .wavelength/nm800100012001400160020406080100I n t e n s i t y /a .u .λ/nm概 念：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。
在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。
如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。
概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。
用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。
日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。
一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。
夜明像章之所以能在晚图6-1 CaS:Eu,Sm 激发光谱（监控波长630nm ） 图6-2 CaS:Eu,Sm 荧光光谱（监控波长630nm ）图6-3 CaS:Eu,Sm 红外上转换发射光谱（980nm 激发） 图6-4 CaS:Eu,Sm 红外响应光谱上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。
当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。
紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。
因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。
下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。
一.吸收光谱当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射，一部分透射，剩下的被吸收。
只有被吸收的这部分光才对发光起作用。
但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。
研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。
发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即：I(λ)=I0(λ)e-kλx其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。
kλ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。
发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。
二.反射光谱如果材料是一块单晶，经过适当的加工（如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到反射的损失，就可以测得吸收光谱。
但是多数实用得发光材料都是粉末状，是由微小的晶粒组成的。
这对精确测量吸收光谱造成很大的困难。
在得不到单晶的情况下，通常只能通过材料的反射光谱来估计他们对光的吸收。
所谓反射光谱，就是反射率Rλ随波长（或频率）的变化。
而所谓反射率，是指反射光的总量（因为既然是粉末，漫反射就很强，这里指的是漫反射）和入射光的总量之比。
当粉末层足够厚时，光在粉末中通过无数次折射和反射，最后不是被吸收就是折回到入射的那一侧。
这样，我们就可以理解为什么反射率能够反映材料的吸收能力。
同时也可以知道，在这种多次折射与反射的情况下，吸收和反射的数量关系是很复杂的。
我们只能说，如果材料对某个波长的吸收强，反射率就低。
反之，反射率就高。
但不能认为反射光谱就是吸收光谱。
实际上，这两种光谱包含完全不同的概念。
它们是既有联系，又有区别。
三.激发光谱在实际应用和研究工作中，还常常测量发光材料的激发光谱。
激发光谱是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长（或频率）的变化。
由此可知，激发光谱反映不同波长的光激发材料的效果。
激发光谱的横轴代表所用的激发光波长，纵轴代表发光的强弱，可以用能量或发光强度表示。
因此激发光谱表示对发051015202530268.3470.3I n t e n s i t y /a .u .λ/nm光起作用的激发光的波长范围，而吸收光谱（或反射光谱 ）则只说明材料的吸收，至于吸收以后是否发光，那就不一定了。
把吸收光谱（或反射光谱）和激发光谱相互比较以后，就可以判断哪些吸收对发光是有用的，哪些是不起作用的。
四. 发光光谱发光光谱（（也称发射光谱也称发射光谱））1020304050 630 640 650 660I n t e n s i t y /a .u .λ/nm 12++643.3642.61-Excited by 270nm 2-Excited by 470nmλ/nm图6-5 燃烧法CaS:Eu,Sm 样品的激发光谱图6-7 燃烧法CaS:Ce,Sm 样品的荧光发射光谱发光材料的发射光谱，指的是发光的能量按波长或频率的分布，许多发光材料的发射光谱是连续的谱带，分布在很广的范围。
一般地，光谱的形状可以用高斯函数来表示，即E V = E V0 exp[-a(υ-υ0)2]其中υ是频率，E V是在频率υ附近的发光能量密度相对值，E V0是在峰值频率υ时的相对能量，а是正的常数。
一般的发光谱带，至少近似地都可以用如上公0式表示。
发光中心的结构决定发射光谱的形成。
因此，不同的发光谱带，是来源于不同的发光中心，因此又具有不同的性能。
例如当温度升高时，一个会减弱，一个带则会相应的加强，等等。
在同一个谱带的范围内，则一般地都有同样的性能。
因此在研究各种发光特性时，应该注意把各个谱带分开。
有一些材料的发光谱带比较窄，并且在低温下（液氮或液氦温度下）显现出结构，即分解成许多谱线。
还有一些材料在室温下的发射光谱就是谱线。
以三价稀土离子为激活剂的材料为例：由于这种材料的三价稀土离子的能级结构和自由的三价稀土离子非常相似，因此可以确定各条谱线的来源。
这对研究发光中心及其在晶格中的位置很有用处。
但是用其它元素激活的材料，其发射光谱多是谱带，有的即使在低温下也不显出谱线，确定它们的发光中心是比较复杂的问题。
五.能量传输发光材料吸收了激发光，就会在内部发生能量状态的转变：有些离子被激发到较高的能量状态，或者晶体内产生了电子和空穴，等等。
而电子和空穴一旦产生，就将任意运动。
这样，激发状态也就不会局限在一个地方，而将发生转移。
即使只是离子被激发，不产生自由电子，处于激发态的离子也可以和附近的离子相互作用而将激发能量传出去。
这就是说，原来被激发的离子回到基态，而附近的离子则转到激发态。
这样的过程可以一个接一个地继续下去，形成激发能量的传输。
六.发光和猝灭并不是激发能量全部都要经过传输，能量传输也不会无限的延续下去。
激发的离子处于高能态，它们就不是稳定的，随时有可能回到基态。
在回到基态的过程中，如果发射出光子，这就是发光。
这个过程就叫做发光跃迁或辐射跃迁。
如果离子在回到基态时不发射光子，而将激发能散发为热（晶格振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭。
激发的离子是发射光子，还是发生无辐射跃迁，或者是将激发能量传递给别的离子，这几种过程都有一定的几率，决定于离子周围的情况（如近邻离子的种类、位置等）。
以上讲的是离子被激发的情况。
对于由激发而产生的电子和空穴，它们也不是稳定的，最终将会复合。
不过在复合以前有可能经历复杂的过程。
例如，它们可能分别被杂质离子或晶格缺陷所捕获，由于热振动而又可能获得自由，这样可以反复多次，最后才复合而放出能量。
一般而言，电子和空穴总是通过某种特定的中心而实现复合的。
如果复合后发射出光子，这种中心就是发光中心（它们可以是组成基质的离子、离子团或有意掺入的激活剂）。
有些复合中心将电子和空穴复合的能量转变为热而不发射光子，这样的中心就叫做猝灭中心。
发光和猝灭在发光材料中互相独立互相竞争的两种过程。
猝灭占优势时，发光就弱，效率也低。
反之，发光就强，效率也高。
七. 斯托克斯定律和反斯托克斯发光如果我们把一种材料的发射光谱和激发光谱加以比较，就会发现，在绝大多数的情况下，发光谱带总是位于相应的激发谱带的长波边。
例如，发光在红区，激发光多半在蓝区；发光在可见区，激发光多半在紫外区。
如图6-8所示。
1020304050 630 640 650 660I n t e n s i t y /a .u .λ/nm12++643.3642.61-Excited by 270nm2-Excited by 470nm这是很早以前就已经知道的斯托克斯定律。
也就是说，发光的光子能量必然小于激发光的光子能量。
这里先粗略的地看一看发光中心的能级结构，就可以说明这种情况。
（斯托克斯定律：指发射的光子能量小于吸收的光子能量，材料的发光谱带位于其相应激发谱带的长波边，即材料吸收高能量的短波辐射，而发射出低能量的长波辐射。
）E 13E 12 E 11E 03 E 02 E 01200300400500600051015202530268.3470.3I n t e n s i t y /a .u .λ/nm图6-8 CaS:Eu,Sm 的激发光谱和荧光发射光谱波长比较上图是发光中心的能级结构示意图。
下面一组代表基态，E 01，E 02，E 03…………代表基态时的不同振动能级。
上面一组是激发态，也有不同的振动能级E 11，E 12，E 13…………。
假定系统吸收了一个光子，从E 01跃迁到E 12。
系统在E 12会马上与周围环境相互作用，交出一部分能量，转移到E 11，然后从E 11跃迁回到基态。
这样发射出的光子，因为损失了一部分能量，必然小于激发光子的能量（E 12—E 01）。
这是一般的情况，因为系统在和周围环境取得热平衡后在振动能级上的分布，大致是和exp(-△E/KT)成正比的，其中△E 是较高振动能级与最低振动能级间的距离。
系统与周围晶格的热平衡所需的时间远远短于电子在激发态上的寿命。
由此可见，系统一旦被激发到高的振动能级，绝大多数要趋向低振动能级。
因此，发光的光子能量，必然小于激发光子的能量。
但是也存在这样的几率（尽管很小），即中心从周围环境获得能量，从E 12转移到E 13，然后从E 13跃迁到E 01。
这样，发光光子的能量就有可能大于激发光子的能量。
这种发光称为反斯托克斯发光，它在实际上是存在的。
但是它的强度很低，常常被看作是一种例外情况，没有实用价值。