光致发光的光谱.
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(PL)光谱583课件
真空泵
透镜
反射镜
滤光片
激光器
激光器电源
样品室
样品
透镜
狭缝
光电倍增管
单色仪
锁相放大器 计算机
制冷仪
图2 光致发光光谱测量装置示意图
光致发光(PL)光谱583
三、光致发光特点
1、光致发光的优点
• 光致发光分析方法的实验设备比较简单、 测量本身是非破坏性的，而且对样品的尺 寸、形状以及样品两个表面间的平行度都 没有特殊要求。
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
光致发光(PL)光谱583
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
光致发光（PL）光谱
光致发光(PL)光谱583
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
光致发光(PL)光谱583
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
光致发光(PL)光谱583
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。
光致发光光谱
光致发光光谱光致发光，也称为分子磁振光谱，是一种利用激发态分子的吸收光谱以及由此产生的发射光谱的实验技术，可以用来研究物质的分子结构和构成。
通常， solar-induced fluorescence spectroscopy（SIFS）被用于测量由自然光（如太阳光）激发的物质的发射光谱，而物质发射的能量融入了物质的分子结构和构成。
因此，对于利用光致发光来研究分子结构和构成的科研人员而言，有效的利用太阳光激发的发射光谱是我们需要解决的关键任务之一。
在这方面，光致发光光谱可以被用来研究吸收光谱和发射光谱之间的关系，从而更好地了解物质的结构和构成。
而且，光致发光的实验可以在不同的温度和压强条件下进行，这使得实验可以更好地反映出物质的真实性质。
但是，由于分子杀灭现象，光致发光不能用于探测细微的能量差异，该差异表明物质的结构与构成是否有一定的差异。
因此，在利用光致发光光谱研究分子结构和构成时，应特别采用一些特殊的实验技术，以确保能量变化的准确测量。
另外，光致发光光谱还可以通过记录发射光谱的变化来研究物质的性质。
通过记录发射光谱的变化，可以了解物质体系中由于不同原因而受到的影响。
例如，使用光致发光光谱，可以用来研究受热，冷却，交联和其他物理和化学变化对物质结构和构成的影响。
这样可以帮助我们更好地认识物质的性质，进一步推动物质结构和构成的研究，以及更好地应用物质的性质。
此外，光致发光光谱也可以用于实验研究物质的物理和化学属性。
例如，在大气建模和污染物检测等方面，光致发光光谱可以用来确定物质的物理和化学特性。
这样可以有助于更好地预测大气污染物的浓度变化，从而更好地应用物质的特性。
总之，光致发光光谱是一种非常有用的实验技术，可以用来研究物质的结构和构成、发射光谱的变化以及物质的物理和化学特性。
它可以帮助我们更好地理解物质的性质，推进物质结构和构成的研究，以及开展更好的实验研究。
光致发光光谱 77k 磷光
光致发光光谱 77k 磷光
光致发光光谱（Photoluminescence Spectrum）是一种通过外界光源激发样品并测量其发出的荧光来研究材料属性和结构的实验技术。
光致发光光谱可以提供关于材料的能带结构、能态密度、激子、杂质等信息。
77K是光致发光光谱常用的实验温度，通常在液氮温度下进行实验，以降低杂质激发和热激发的干扰，使得样品能够更好地呈现出光致发光特性。
磷光（Phosphorescence）是一种发光现象，它与光激发后的长寿命能级有关。
相比之下，荧光（Fluorescence）是一种发光现象，它与光激发后的短寿命能级有关。
在光致发光光谱中，由于涉及到能带、能态等信息的研究，往往更多地关注荧光现象。
因此，光致发光光谱 77K 磷光可能指的是在液氮温度下进行的光致发光光谱实验，并关注材料的荧光特性。
这种实验可以提供关于材料能带、激子等性质的信息。
光致发光光谱
光致发光光谱光致发光光谱是一种研究物质放射能力的光学技术，它可以用来检测和比较物质的各种物理特性。
光致发光光谱有着极大的应用价值，它可以用于环境污染物、化学分子和生物体物质分析，为科学研究提供一种快速、精确、高效的分析方法。
光致发光光谱可以被分为气相光致发光光谱和液相光致发光光谱两大类。
气相光致发光光谱是以气体体系为研究对象的，它可以实时监测和分析气体环境中的污染物或其他有害物质。
液相光致发光光谱是以液体体系为研究对象的，它可以检测和分析液体中包含的微量物质，对研究有机物、化合物有着特别重要的价值。
光致发光光谱的研究可以采用多种方法，其中最常用的是激光光谱法，该方法以激光作为激发源，通过激光光谱仪来检测、分析和识别物质的分子结构，从而可以实现识别和鉴定。
此外，还有其他的测试方法，比如可见-红外光谱法、电子脉冲光谱法、电化学发光光谱法等。
这些方法皆可以用来检测和分析物质及其组成成分，从而给出准确的识别和鉴定结果。
此外，光致发光光谱还可以用来研究物质的物性参数，比如发射谱分析、发射选择性、发光强度、发光效率等。
在微生物检测方面，光致发光光谱可以帮助科学家快速、精确地检测和鉴定某种微生物的存在，实现实时监测。
光致发光光谱的发展以近年来的高速发展最为明显，科学家们普遍利用激光、电化学等技术将光致发光光谱技术引入到现代科学研究中，从而不断开发出新的光致发光光谱仪器，研究设备也多样化、发展越来越成熟，在环境污染、化学分析、生物检测等方面发挥重要作用。
随着计算机技术、科学发展水平的不断提高，光致发光光谱技术被越来越广泛地应用于实验室科学研究中。
未来，光致发光光谱技术将继续发展壮大，为科学研究提供更多的支持和帮助，为环境污染防治、生物体分析和化学分析提供更良好的支持。
光致发光(PL)光谱
e-D+
e-h e-h
e-A
声子参加
D-h
D-A
(a)
(b)
(c)
图1 半导体中多种复合过程示意图（a）带间跃迁（b）带－ 杂质中心辐射复合跃迁（c）施主－受主对辐射复合跃迁
在这个过程中，有六种不同旳复合机构会发射光 子，它们是： （1）自由载流子复合 —— 导带底电子与价带顶空穴 旳复合； （2）自由激子复合 —— 晶体中原子旳中性激发态被 称为激子，激子复合也就是原子从中性激发态向基态 旳跃迁，而自由激子指旳是能够在晶体中自由运动旳 激子，这种运动显然不传播电荷； （3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其他陷阱 中心(带电旳或不带电旳)束缚住旳激子旳辐射复合，其 发光强度伴随杂质或缺陷中心旳增长而增长；
）是表征材料纯度旳主要特征参数。
6、少数载流子寿命旳测定
7、均匀性旳研究 测量措施是用一种激光微探针扫描样品，根据样
品旳某一种特征发光带旳强度变化，直接显示样品旳 不均匀图像。
8、位错等缺陷旳研究
图3 CZT晶体在4.2K下经典旳PL谱。该PL谱涉及四个区域： （1）近带边区；（2）施主－受主对（DAP）区；（3）受主 中心引起旳中心位于1.4eV旳缺陷发光带；（4）Te空位引起旳
2、光致发光旳缺陷
它旳原始数据与主要感爱好旳物理现象之 间离得比较远，以至于经常需要进行大量 旳分析，才干经过从样品外部观察到旳发 光来推出内部旳符合速率。
光致发光测量旳成果经常用于相正确比较， 所以只能用于定性旳研究方面。
测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻旳要求。
对于深陷阱一类不发光旳中心，发光措施 显然是无能为力旳。
（4）浅能级与本征带间旳载流子复合——即导 带电子经过浅施主能级与价带空穴旳复合，或价 带空穴经过浅受主能级与导带电子旳复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着旳电子-空穴正确复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对经过深能级旳复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴经过深能级旳 复合，这种过程中旳辐射复合几率很小。
光致发光PL光谱
3、硅中浅杂质的浓度测定
4、辐射效率的比较 半导体发光和激光器件要求材料具有良好的发光性
能，发光测量正是直接反映了材料的发光特性。通过 光致发光光谱的测定不仅可以求得各个发光带的强度 ，而且也可以的到积分的辐射强度。在相同的测量条 件下，不同的样品间可以求得相对的辐射效率。
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
中心位于1.1eV的发光峰带。
图4 高质量CZT晶体PL谱的近带边区
2、光致发光的缺点
它的原始数据与主要感兴趣的物理现象之 间离得比较远，以至于经常需要进行大量 的分析，才能通过从样品外部观测到的发 光来推出内部的符合速率。
光致发光测量的结果经常用于相对的比较， 因此只能用于定性的研究方面。
测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻的要求。
对于深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。 Nhomakorabea 真空泵
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激光器电源
样品室
样品
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图2 光致发光光谱测量装置示意图
三、光致发光特点
1、光致发光的优点
光致发光分析方法的实验设备比较简单、 测量本身是非破坏性的，而且对样品的尺 寸、形状以及样品两个表面间的平行度都 没有特殊要求。
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。
e-D+
e-h e-h
e-A
声子参与
D-h
D-A
(a)
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光致发光PL光谱PPT课件
）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
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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
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e-A
声子参与
D-h
D-A
(a)
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图1 半导体中各种复合过程示意图（a）带间跃迁（b）带－ 杂质中心辐射复合跃迁（c）施主－受主对辐射复合跃迁
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在这个过程中，有六种不同的复合机构会发射光 子，它们是： （1）自由载流子复合 —— 导带底电子与价带顶空穴 的复合； （2）自由激子复合 —— 晶体中原子的中性激发态被 称为激子，激子复合也就是原子从中性激发态向基态 的跃迁，而自由激子指的是可以在晶体中自由运动的 激子，这种运动显然不传输电荷； （3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其他陷阱 中心(带电的或不带电的)束缚住的激子的辐射复合，其 发5光强. 度随着杂质或缺陷中心的增加而增加；
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反射镜
滤光片
激光器
激光器电源
样品室
样品
透镜
狭缝
光电倍增管
Hale Waihona Puke 单色仪锁相放大器 计算机制冷仪
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图2 光致发光光谱测量装置示意图
三、光致发光特点
1、光致发光的优点
光致发光分析方法的实验设备比较简单、 测量本身是非破坏性的，而且对样品的尺 寸、形状以及样品两个表面间的平行度都 没有特殊要求。
光致发光光谱
光致发光光谱光是一种特殊的电磁波，它以瞬息万变的形式存在于我们的环境中，有时称为光谱。
光谱是物质特性的一种表现，它可以反映物质中包含的微小细胞结构和细微细微的元素和某些化学反应的过程。
当物质在有限的空间内受外部力的作用时，它的光发射（光致发光）可以被观察到。
光致发光光谱是指物质在限定空间内经受外部能量，或者物理变化时发出的光激发谱。
这种光谱可以被我们的眼睛观察出来，也可以被特定的仪器检测出来。
它可以用来检测物质状态的变化，这些物质可能不同于其他物质，也可能是由于物质波段被改变而发出的新物质。
光致发光光谱技术有很多种类，包括紫外发射光谱、近红外发射光谱、可见光发射光谱和发射线性光谱等。
它们的应用范围非常广泛，因为它们可以用来检测和研究物质性质和结构，以及原子和分子之间的活动。
紫外发射光谱是通过激发物质中的紫外线辐射来分析物质结构的一种技术。
它可以通过测量这些紫外线辐射的波长和发射强度来识别特定物质的含量，从而了解物质中不同分子组成的比例。
它还可以用来检测物质中的变化，从而确定物质的状态。
近红外发射光谱相对于紫外发射光谱来说，波长范围更广，可以分析物质的结构和外观特性，甚至可以通过成像技术观察到物质中的细微结构。
它还可以用来检测液体或固体样本的化学成分，这也使得它在分析酶反应、探测高分子材料的有机结构以及生物分子检测等方面被大量应用。
可见光发射光谱则更为简单，它可以用来检测物质结构中的变化以及各种物质之间的关系。
它也可以用来无线传输等对物质结构进行检测，用来识别化学反应产生的不同物质。
发射线性光谱是一种测量物质中原子和分子活动的方法，它利用线性谱来直接测量物质中发生化学反应所产生的物质。
它也可以用来检测物质的特征，比如发光性质、活性状态和电子结构等。
光致发光光谱技术对于物质结构和表征至关重要，它能够精确地检测到物质中的构造变化，从而使我们可以更好地了解物质结构以及与其他物质之间的关系。
它还可以用来识别特定物质的含量，比如活性物质、细菌等，从而为药物研发、环境监测等提供重要信息。
光致发光PL光谱共19页
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。
四、光致发光分析方法的应用
1、组分测定 例如，GaAs1-xPx是由直接带隙的GaAs和间接带
隙的GaP组成的混晶，它的带隙随x值而变化。发光 的峰值波长取决于禁带宽度，禁带宽度和x值有关。 因此，从发光峰峰值波长可以测定组分百分比x值。
2、杂质识别 根据特征发光谱线的位置，可以识别GaAs和GaP
中心位于1.1eV的发光峰带。
图4 高质量CZT晶体PL谱的近带边区
该PL谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（D0, X）。 而CdTe和Cd0.96Zn0.04Te在该区域内的主发光峰则通常为 受主－束缚激子峰（A0,X）。在Cd0.9Zn0.1Te晶体的近带 边 区 的 PL 谱 除 此 之 外 ， 还 可 以 看 到 基 态 自 由 激 子 峰 （X1）、上偏振带峰（Xup）以及第一激发态自由激子峰 （X2）。对于质量较差的CZT晶体，无法看到其自由激 子峰（X1）和一次激发态自由激子峰（X2）。低温PL谱 可以用来比较全面的评价CZT晶体的质量，并由此来推 断晶体的探测性能。
（4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对通过深能级的复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
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.
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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(PL)光谱解读
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
பைடு நூலகம்
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
2、杂质识别 根据特征发光谱线的位置，可以识别GaAs和GaP 中的微量杂质。
3、硅中浅杂质的浓度测定
4、辐射效率的比较 半导体发光和激光器件要求材料具有良好的发光性 能，发光测量正是直接反映了材料的发光特性。通过 光致发光光谱的测定不仅可以求得各个发光带的强度 ，而且也可以的到积分的辐射强度。在相同的测量条 件下，不同的样品间可以求得相对的辐射效率。 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
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
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。
光致发光光谱原理
光致发光光谱原理
光致发光光谱（Photoluminescence spectroscopy）是一种通过
激发材料后测量其发射光谱的技术。
其原理基于光致发光效应，当材料受到入射光的激发后，电子从基态跃迁到激发态，再由激发态退回到基态时会发射出光子。
光致发光光谱实验通常通过以下步骤进行：
1. 光源激发：使用一定波长的光源照射材料样品，激发材料内的电子从基态跃迁到激发态。
常用的激发源包括连续激光、激光脉冲和X射线等。
2. 光子发射：激发后的电子会在激发态停留一段时间，随后通过自发辐射的方式返回基态。
在这个过程中，电子会释放出与能带结构相关的能量，发射出特定频率的光子。
3. 光谱测量：将发射出的光子收集起来，经过光学器件（如光栅、狭缝等）进行分光，然后使用光电探测器测量不同频率的发射光强度。
4. 数据分析：通过测量到的发射光强度与波长或频率的关系，可以得到光致发光光谱。
光谱中的峰对应于材料中不同能级之间的跃迁，可以提供用于分析材料结构、能带各种物理属性的信息。
光致发光光谱可以应用于材料科学、能源研究、表面物理化学等领域，通过测量材料的激发态与基态之间的跃迁过程，可以
揭示材料的光学、电子能级结构等重要信息，有助于理解材料的物理特性和应用潜力。
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1-Excited by 270nm 2-Excited by 470nm 2 642.6 + 1
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2 5 6 1 7 8
发光光谱是怎样形成的呢？
发光体吸收外界的能量以后，经过传输、转换等一 系列过程，最后以光的形式发射出来。光的发射对应着 电子在某些能级之间的跃迁。如果所涉及的能级是属于 一定的离子、离子团或分子时，这种离子、离子团或分 子就称为发光中心。 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。 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线状谱。
1 2 3 4 5 6 7 8 557.5 +
Ce0.02 Ce0.06 Ce0.1 Ce0.2 Ce0.3 Ce0.4 Ce0.5 Ce0.6
640 /nm
650
660
500
550
600
650
700
/nm
燃烧法CaS:Eu,Sm 样品的荧光发射光谱
燃烧法CaS:Ce,Sm样品的荧 光发射光谱
2 发光中心
5
2 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）。
660
300
400 /nm
500
600
CaS:Eu,Sm的激发光谱和荧光发射光谱波长比较
七、斯托克斯定律和反斯托克斯发光
E13 E12 E11
E03 E02 E01
上发光中心的能级结构示意图
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七、斯托克斯定律和反斯托克斯发光
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
光致发光光谱
1 光致发光发光光谱
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光致发光光谱的产生机理
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斯托克斯发光和反斯托克斯 发光
一 光致发光发光光谱（也称发射光谱）
我们知道ห้องสมุดไป่ตู้光致发光是发光材料吸收光子（或电 磁波）后重新辐射出光（或电磁波）的过程。
1 光致发光发光光谱简介
发光材料的发射光谱，指的是发出光的能量按波长 或频率的分布，许多发光材料的发射光谱是连续的宽带 谱。 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，Evo是在峰值频率u0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。
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3 猝灭中心
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。 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。
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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。
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
Intensity/a.u.
5000 4000 3000 2000 1000 0
60 40 20 0
-1000 550 600 650 wavelength/nm 700 750
/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
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 80
7000 6000
632
Intensity/a.u.
800 1000 1200 1400 1600
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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，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
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，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。