无机材料化学(第12讲光学性质)
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matter as a function of wavelength.
2
E=hγ= hc/λ
可见光范围：波长400－700nm X、γ射线：波长在10nm以下 微波、无线电波长在106nm以上
波长102～104 nm
折射光在固体内行进时，和固体内部的电子或晶格等的振动
子互相作用，使其激发为高能级状态，而光强度减弱，即为
基础吸收(固有吸收)： 电子由满带跃迁到导带引起的光吸收。
部分晶体的基础吸收带位置：
晶体材料 禁带能隙 吸收带位置
TiO2 ~3.2ev
~387nm
CaF2 ~6ev
~200nm
NaCl ~8ev
Al2O3 ~9ev
~155nm ~138nm
根据E=hγ = hc/λ，禁带宽度大于 3.1ev，
则吸收带位置将小于400nm ，位于紫外区。
光的吸收⑤，光强度的衰减服从朗伯定律
。吸收光
子能量后被激发的原子或离子，经过驰豫振荡⑥，发光⑦，
光离子化或其它的光化学反应⑧等过程释放激发能量由激发
态再回到原来的基态。通过发光而失去激发能的过程称为辐
射跃迁，驰豫振荡是无辐射跃迁，激发能不转化为光而是转
移给基质晶格，在晶格振动中以热的形式放出。光离子化是
Cr3+、Sm3+等。 发光材料表示： 〔基质物质：激活离子〕 例如，在黑白电视机中使用的发光材料有：
发兰光的[ZnS：Ag]、发黄光的 [(Zn, Cd)S： Cu, Al ] 荧光灯中使用的发光体为：
[3Ca3(PO4)2Ca(F, Cl)2：Sb, Mn]。
根据激发源的不同, 发光可分为：光致发光、场致发光、 电致发光、阴极射线发光等。一般发光体并没有把从激 发源得到的能量全部用于发光，而是总有一定的耗散。 对光致发光来说，发射光的能量一般低于激发光的能量， 即发射光波长总是要大于激发光波长，这种波长变长的 效应称 斯托克(stokes)位移。 原因：激活离子中电子跃迁后形成的激发态可与基质晶格 原子（离子）交换能量，传递给晶格的能量以热的 形式散失。这可从位形坐标图得出解释。
3.4 光学性质
固体的光学性质，本质上就是固体和电磁波的相互作用， 包括：固体对光的反射、折射、散射、吸收、光在固体
中的传播以及光致发光、光电作用和光磁作用等。 固体（材料）的光学性质与固体的组成、固体内的 电子能（级）、晶格缺陷和杂质等因素有关。 主要考虑波长在102～104nm 范围的光（或电磁波）， 包括：紫外、可见 和 红外光。
1. 紫外光区
离子晶体 (纯净、无杂质缺陷的)，禁带宽度大，且在 禁带中不存在电子能级。可见 、 红外光 能量小，不能使 电子从满带越过禁带而到达导带，所以不为晶体所吸收， 晶体对这些光区的辐射是透明的。
紫外光的能量相当于离子晶体的禁带宽度，用紫外光 照射离子晶体时，满带中的电子有可能被激发进入导带， 发生光的吸收。 因此离子晶体在紫外光区是不透明的。
在绝大多数情况下，晶体所吸收的能量都是或大部分是转 化为热能而耗散掉，但在某些特定的条件下，也可能将一部 分能量以光辐射的形式而发射出来。若发射出的光子的波长 在可见光范围内，就表现出发光现象。
由于这种光不是由于温度升高而发射出来的，所以 也称之为 “冷光”。
根据余辉时间（发光后其强度降到原强度1/10时所 需时间）的长短，冷光可分为 荧光 和 磷光 两种：
3．可见光区
晶体材料在可见光区的吸收与下列原因的电子跃迁有关：
（i）晶体禁带间隙落在可见光区，能隙约在1.7~3.0ev，相当 于波长730~400nm的光。如CdS，带隙2.45ev，呈亮黄色。
（ii）构成晶体的正离子含有未填满的d电子，d轨道分裂， d电子吸收可见光发生d-d跃迁。如绿色的Cr2O3（带隙3.4ev）
指原子中的电子在吸收了能量很高的光（如激光）后远离原
来的原子在固体中自由流动或逸出固体外的现象。也有些固
体物质吸收光后发生化学变化、晶型改变及产生晶格缺陷。
没有被吸收而通过固体的一部分光，以其原状离开固体， 即透过⑨，剩余的部分在固体内部被再反射⑩，在回到表 面后射出固体外。这时也可能与在固体表面定反射的光相
当带隙Eg > 3.1ev（ 相当于400nm ），可见光区无吸收。 当带隙Eg < 1.59ev（相当于可见光780nm）
所有可见光都有可能被吸收。 当带隙Eg 在 1.59 ~ 3.1ev，
部分可见光被吸收，呈现不同的颜色。
激子吸收：电子由满带向稍低于导带底处的能级跃迁引起。
光谱吸收位置：邻近基础吸收带长波一边。
由于AB的激发能大于CD的发射能，所以发射辐射比激发 辐射有较长的波长。即解释stokes位移。
位形坐标图也可解释晶体发光的温度猝灭现象： 即任何发光材料，当温度升高到一定程度时，发光
程度会明显降低。
发光中心离子基态和激发态势能与位形的关系
位形图中代表基态和激发态的两条曲线在S处相交，在此 点激发态和基态具有相同的能量。当发光中心被激发到B 点时，如果温度较高，则体系在B点可能不是失去振动能 下降至C点，然后再向下跃迁回到基态，而是可能得到更 多的振动能，使体系的能量升高到S点，因为S点同时也 是基态曲线上的一个点，因此体系就有可能沿SDA驰豫 到A，在这个过程中，体系从激发态无辐射地降低到基态 的A处，即发生了发光猝灭现象。
绿色的NiO（带隙3.7ev），均是由金属离子的 d-d跃迁引起。
（iii）晶体缺陷或杂质引起的色心。 如F心，色心上的电子可吸收一定波长的可见光由基态 跃迁到激发态，从而使晶体着色。如于钠蒸气中加热的
NaCl呈黄色，于还原气氛中焙烧后的金红石呈黑色等。
(iv) 晶体中掺入的杂质离子本身电子跃迁吸收可见光使晶 体显色。
导带底处的能级是电子-空穴对 （也称激子）的激发能级，处在 这种能级上的电子，不同于被激 发到导带中的电子，并不显示光 导电现象，它们和满带中的空穴 偶合成电子-空穴对，作为一个 整体在晶体中存在或复合湮灭(在 离子晶体中的激子能级 一定条件下电子-空穴对达到动态平衡)。
2．红外光区
离子晶体在红外光区的吸收不是基于电子跃迁吸收， 而是基于晶格振动吸收。
互之间产生干涉⑾。
上述现象是光由空气入射到固体，即从低密度介质入射 到高密度介质时发生的现象。与此相反，光由高密度介质 入射到低密度介质时, 若入射角φ在某角度以上，则光全部
被反射（全反射），产生光不逸出固体外的现象⑿。
3.4.2 光的吸收
无机固体材料对光的吸收可发生在红外，可见及紫外 区，这与材料的组成、晶体结构及是否有缺陷和缺陷的 种类等因素有关。
Cr3+在Al2O3中所造成的介稳 态能级位于价带与导带之间。
Cr3+吸收蓝色和绿光，使电 子从基态跳到激发态。被激 发的电子随后发生非辐射跃 迁而降至介稳态，其能量不 是以光子形式发射，而是被 声子所吸收。介稳态的电子 随后自发衰减而发生辐射跃 迁返回基态，其能量以红光 发射。
红宝石中的Cr3+部分能级图
发光中心离子电子组态变 化时，电子云要发生变化， 从而会影发光中心离子与 周围晶格离子间的相对位 置，也即电子跃迁时发光 中心离子与周围离子间的 位置要发生调整变化。
发光中心离子基态和激发态 势能与位形的关系
弗兰克－康登原理： 由于原子（或原子核）的质 量比电子大得多，运动也慢 得多，因此，在电子的迅速 跃迁过程中，晶体中原子间 的相对位置可近似地认为恒 定不变。即： 电子激发时，原子核可认为 不动 (位形不变)，势能的变 化对横轴是垂直的，垂直移 向正上方的激发态。
2. 位形坐标图
在发光体中，发光中心离子处在一定的晶 格势场中振动，它所具有的能量与周围晶 格离子所形成的晶体势场有关。因此应该 把发光中心离子和其周围晶格离子看作一 个整体来考虑，这种考虑就是采用所谓位 形坐标来表示一个体系。
纵坐标表示发光中心体系的能量。包括 在一定的晶格势场中发光中心离子的势能、 振动能及与晶格势场离子之间的相互作用 能。
3．荧光材料
（1）荧光灯中的发光体 荧光灯中的发光体是以Mn2+和 Sb3+双重掺杂的磷灰石 （卤磷酸钙）[3Ca3(PO4)2Ca(F, Cl)2：Sb，Mn]荧光粉。
•
在玻璃管内壁涂有卤磷酸钙荧光粉，管内充有汞蒸气和氩气的混合物， 当有电流时，阴极管发射电子，汞原子受电子的轰击激发到高能态， 它随即跳回基态，同时发射254nm和158nm两种特征波长的紫外光，使 涂在玻璃内壁的卤磷酸钙中的Sb3+和Mn2+进入激发态，当激发态的Sb3+ 和Mn2+返回基态时产生发光。
横坐标表示发光中心离子和周围离子的 “位形”。它是包括离子之间相对位置等 因素在内的一个笼统的位置概念。通常用 离子间距表示，但该间距不是相对于周围 某一离子而言，而是相对于周围所有离子 而言。所以，位形表示的是发光中心离子 在一定的配位环境中所处的位置。
位形坐标图
与发光中心离子的每一个电子组态对应都各有一条势能曲线， 其形状都大致类似。下图是一种基态和一种激发态的 势能曲线。用该图可说明发光过程及发光现象的许多特点。
基于固体的光学性质，可以开发出光学晶体材料、光电材 料、发光材料、激光材料以及各种光功能转化材料等。
Overview of Spectroscopy
10−9 eV 10−5 eV
10−3 eV
1 eV
10 eV
102eV
105 eV 109 eV
Energy
Spectroscopy is originally the study of the interaction between radiation and
例如：红宝石(α-Al2O3中掺入约0.05~1%的Cr3+)
纯α-Al2O3晶体无色透明，Al3+和百度文库2-的基态电子能级是填满 的，能隙为9ev, 不吸收可见光, 只有晶格振动吸收红外光。
在Al2O3晶体中掺入0.1%的Cr3+ , 晶体呈粉红色，掺入 1%的Cr3+，则呈深红色。这是因为Cr3+离子具有3d3电子组态， 当Cr3+取代Al3+进入变形的八面体配位格点位置后，在Al2O3 晶体中造成了一部分较低的激发态能级（位于价带和导带之 间），可以吸收可见光中的绿光和兰光，透过红光，因而呈 现红色。
余辉时间在10-8 秒以下的称为荧光。 离开激发源时，荧光现象就中止；
余辉时间在10-8 秒以上的称为磷光。 离开激发源时，发光现象可长时间地继续进行。
发光材料由 基质物质 和激活离子（发光中心离子）组成。 基质物质：一般为外壳层d轨道已填满、内部壳层又不易 受到外部影响的离子（如Cu+、Zn2+、Ag+、Ca2+及 Sr2+、 Ba2+，Y3+等）的硫化物或含氧酸盐。 激活离子：一般为过渡金属和稀土金属离子。 常见的有：Pb2+、Sn2+、Sb3+、Mn2+、Ag+、Cu+、Eu3+、
当发光中心吸收了激发能时，按照弗兰克-康登原理，发光 中心从基态的某一能级（如A能级）垂直提升到激发态的某 一较高振动能级B，而离子的位形基本未变。跃迁后，激发 态电子的能量变化和电子云的变化会反过来影响周围晶格离 子的平衡位置，在约10-12S之内，使其改变到一个新的平衡 位置C点，在这个调整过程中，电子将一部分能量传递给周 围离子，转化为晶格的热振动，同时体系的能量从B下降到 C，电子在激发态停留约10-8~10-3S，然后从C跃迁回到基态 的D点，这时发光中心相应地发射出相当于CD间隙能量的 光，然后电子从D驰豫回到A，从而完成一个跃迁周期。
d-d 跃迁 窄帯隙跃迁 色心
晶格
振动
固
吸收
有 吸
收
红外光
可见光
紫外光
离子晶体在红外、可见及紫外光区吸收光谱图
3.4.3 发光和发光材料
1. 发光现象
当晶体材料受到激发源（如紫外–可见光、x和γ射线照 射，或阴极射线等）的作用时，晶体中原子或离子的外层价 电子得到能量受激发，相应的原子或离子就跃迁到了激发态。 在这种情况下，除非发生光化学反应产生永久性的变化，否 则激发态的原子或离子终究要把从激发源所吸收的能量以某 种方式耗散掉，并回到它原来的能量状态。
离子晶体中的正、负离子对形成强的偶极子，偶极子 的振动可被红外辐射所激发，产生对辐射的吸收。
晶格振动的红外吸收不仅限于离子晶体，其它绝缘体 中也会发生。
例如：NaCl晶体在 40000~70000nm 内有吸收； 金刚石在 2000~13000nm 内有吸收； 水晶在 7000~30000nm 区域的吸收。
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E=hγ= hc/λ
可见光范围：波长400－700nm X、γ射线：波长在10nm以下 微波、无线电波长在106nm以上
波长102～104 nm
折射光在固体内行进时，和固体内部的电子或晶格等的振动
子互相作用，使其激发为高能级状态，而光强度减弱，即为
基础吸收(固有吸收)： 电子由满带跃迁到导带引起的光吸收。
部分晶体的基础吸收带位置：
晶体材料 禁带能隙 吸收带位置
TiO2 ~3.2ev
~387nm
CaF2 ~6ev
~200nm
NaCl ~8ev
Al2O3 ~9ev
~155nm ~138nm
根据E=hγ = hc/λ，禁带宽度大于 3.1ev，
则吸收带位置将小于400nm ，位于紫外区。
光的吸收⑤，光强度的衰减服从朗伯定律
。吸收光
子能量后被激发的原子或离子，经过驰豫振荡⑥，发光⑦，
光离子化或其它的光化学反应⑧等过程释放激发能量由激发
态再回到原来的基态。通过发光而失去激发能的过程称为辐
射跃迁，驰豫振荡是无辐射跃迁，激发能不转化为光而是转
移给基质晶格，在晶格振动中以热的形式放出。光离子化是
Cr3+、Sm3+等。 发光材料表示： 〔基质物质：激活离子〕 例如，在黑白电视机中使用的发光材料有：
发兰光的[ZnS：Ag]、发黄光的 [(Zn, Cd)S： Cu, Al ] 荧光灯中使用的发光体为：
[3Ca3(PO4)2Ca(F, Cl)2：Sb, Mn]。
根据激发源的不同, 发光可分为：光致发光、场致发光、 电致发光、阴极射线发光等。一般发光体并没有把从激 发源得到的能量全部用于发光，而是总有一定的耗散。 对光致发光来说，发射光的能量一般低于激发光的能量， 即发射光波长总是要大于激发光波长，这种波长变长的 效应称 斯托克(stokes)位移。 原因：激活离子中电子跃迁后形成的激发态可与基质晶格 原子（离子）交换能量，传递给晶格的能量以热的 形式散失。这可从位形坐标图得出解释。
3.4 光学性质
固体的光学性质，本质上就是固体和电磁波的相互作用， 包括：固体对光的反射、折射、散射、吸收、光在固体
中的传播以及光致发光、光电作用和光磁作用等。 固体（材料）的光学性质与固体的组成、固体内的 电子能（级）、晶格缺陷和杂质等因素有关。 主要考虑波长在102～104nm 范围的光（或电磁波）， 包括：紫外、可见 和 红外光。
1. 紫外光区
离子晶体 (纯净、无杂质缺陷的)，禁带宽度大，且在 禁带中不存在电子能级。可见 、 红外光 能量小，不能使 电子从满带越过禁带而到达导带，所以不为晶体所吸收， 晶体对这些光区的辐射是透明的。
紫外光的能量相当于离子晶体的禁带宽度，用紫外光 照射离子晶体时，满带中的电子有可能被激发进入导带， 发生光的吸收。 因此离子晶体在紫外光区是不透明的。
在绝大多数情况下，晶体所吸收的能量都是或大部分是转 化为热能而耗散掉，但在某些特定的条件下，也可能将一部 分能量以光辐射的形式而发射出来。若发射出的光子的波长 在可见光范围内，就表现出发光现象。
由于这种光不是由于温度升高而发射出来的，所以 也称之为 “冷光”。
根据余辉时间（发光后其强度降到原强度1/10时所 需时间）的长短，冷光可分为 荧光 和 磷光 两种：
3．可见光区
晶体材料在可见光区的吸收与下列原因的电子跃迁有关：
（i）晶体禁带间隙落在可见光区，能隙约在1.7~3.0ev，相当 于波长730~400nm的光。如CdS，带隙2.45ev，呈亮黄色。
（ii）构成晶体的正离子含有未填满的d电子，d轨道分裂， d电子吸收可见光发生d-d跃迁。如绿色的Cr2O3（带隙3.4ev）
指原子中的电子在吸收了能量很高的光（如激光）后远离原
来的原子在固体中自由流动或逸出固体外的现象。也有些固
体物质吸收光后发生化学变化、晶型改变及产生晶格缺陷。
没有被吸收而通过固体的一部分光，以其原状离开固体， 即透过⑨，剩余的部分在固体内部被再反射⑩，在回到表 面后射出固体外。这时也可能与在固体表面定反射的光相
当带隙Eg > 3.1ev（ 相当于400nm ），可见光区无吸收。 当带隙Eg < 1.59ev（相当于可见光780nm）
所有可见光都有可能被吸收。 当带隙Eg 在 1.59 ~ 3.1ev，
部分可见光被吸收，呈现不同的颜色。
激子吸收：电子由满带向稍低于导带底处的能级跃迁引起。
光谱吸收位置：邻近基础吸收带长波一边。
由于AB的激发能大于CD的发射能，所以发射辐射比激发 辐射有较长的波长。即解释stokes位移。
位形坐标图也可解释晶体发光的温度猝灭现象： 即任何发光材料，当温度升高到一定程度时，发光
程度会明显降低。
发光中心离子基态和激发态势能与位形的关系
位形图中代表基态和激发态的两条曲线在S处相交，在此 点激发态和基态具有相同的能量。当发光中心被激发到B 点时，如果温度较高，则体系在B点可能不是失去振动能 下降至C点，然后再向下跃迁回到基态，而是可能得到更 多的振动能，使体系的能量升高到S点，因为S点同时也 是基态曲线上的一个点，因此体系就有可能沿SDA驰豫 到A，在这个过程中，体系从激发态无辐射地降低到基态 的A处，即发生了发光猝灭现象。
绿色的NiO（带隙3.7ev），均是由金属离子的 d-d跃迁引起。
（iii）晶体缺陷或杂质引起的色心。 如F心，色心上的电子可吸收一定波长的可见光由基态 跃迁到激发态，从而使晶体着色。如于钠蒸气中加热的
NaCl呈黄色，于还原气氛中焙烧后的金红石呈黑色等。
(iv) 晶体中掺入的杂质离子本身电子跃迁吸收可见光使晶 体显色。
导带底处的能级是电子-空穴对 （也称激子）的激发能级，处在 这种能级上的电子，不同于被激 发到导带中的电子，并不显示光 导电现象，它们和满带中的空穴 偶合成电子-空穴对，作为一个 整体在晶体中存在或复合湮灭(在 离子晶体中的激子能级 一定条件下电子-空穴对达到动态平衡)。
2．红外光区
离子晶体在红外光区的吸收不是基于电子跃迁吸收， 而是基于晶格振动吸收。
互之间产生干涉⑾。
上述现象是光由空气入射到固体，即从低密度介质入射 到高密度介质时发生的现象。与此相反，光由高密度介质 入射到低密度介质时, 若入射角φ在某角度以上，则光全部
被反射（全反射），产生光不逸出固体外的现象⑿。
3.4.2 光的吸收
无机固体材料对光的吸收可发生在红外，可见及紫外 区，这与材料的组成、晶体结构及是否有缺陷和缺陷的 种类等因素有关。
Cr3+在Al2O3中所造成的介稳 态能级位于价带与导带之间。
Cr3+吸收蓝色和绿光，使电 子从基态跳到激发态。被激 发的电子随后发生非辐射跃 迁而降至介稳态，其能量不 是以光子形式发射，而是被 声子所吸收。介稳态的电子 随后自发衰减而发生辐射跃 迁返回基态，其能量以红光 发射。
红宝石中的Cr3+部分能级图
发光中心离子电子组态变 化时，电子云要发生变化， 从而会影发光中心离子与 周围晶格离子间的相对位 置，也即电子跃迁时发光 中心离子与周围离子间的 位置要发生调整变化。
发光中心离子基态和激发态 势能与位形的关系
弗兰克－康登原理： 由于原子（或原子核）的质 量比电子大得多，运动也慢 得多，因此，在电子的迅速 跃迁过程中，晶体中原子间 的相对位置可近似地认为恒 定不变。即： 电子激发时，原子核可认为 不动 (位形不变)，势能的变 化对横轴是垂直的，垂直移 向正上方的激发态。
2. 位形坐标图
在发光体中，发光中心离子处在一定的晶 格势场中振动，它所具有的能量与周围晶 格离子所形成的晶体势场有关。因此应该 把发光中心离子和其周围晶格离子看作一 个整体来考虑，这种考虑就是采用所谓位 形坐标来表示一个体系。
纵坐标表示发光中心体系的能量。包括 在一定的晶格势场中发光中心离子的势能、 振动能及与晶格势场离子之间的相互作用 能。
3．荧光材料
（1）荧光灯中的发光体 荧光灯中的发光体是以Mn2+和 Sb3+双重掺杂的磷灰石 （卤磷酸钙）[3Ca3(PO4)2Ca(F, Cl)2：Sb，Mn]荧光粉。
•
在玻璃管内壁涂有卤磷酸钙荧光粉，管内充有汞蒸气和氩气的混合物， 当有电流时，阴极管发射电子，汞原子受电子的轰击激发到高能态， 它随即跳回基态，同时发射254nm和158nm两种特征波长的紫外光，使 涂在玻璃内壁的卤磷酸钙中的Sb3+和Mn2+进入激发态，当激发态的Sb3+ 和Mn2+返回基态时产生发光。
横坐标表示发光中心离子和周围离子的 “位形”。它是包括离子之间相对位置等 因素在内的一个笼统的位置概念。通常用 离子间距表示，但该间距不是相对于周围 某一离子而言，而是相对于周围所有离子 而言。所以，位形表示的是发光中心离子 在一定的配位环境中所处的位置。
位形坐标图
与发光中心离子的每一个电子组态对应都各有一条势能曲线， 其形状都大致类似。下图是一种基态和一种激发态的 势能曲线。用该图可说明发光过程及发光现象的许多特点。
基于固体的光学性质，可以开发出光学晶体材料、光电材 料、发光材料、激光材料以及各种光功能转化材料等。
Overview of Spectroscopy
10−9 eV 10−5 eV
10−3 eV
1 eV
10 eV
102eV
105 eV 109 eV
Energy
Spectroscopy is originally the study of the interaction between radiation and
例如：红宝石(α-Al2O3中掺入约0.05~1%的Cr3+)
纯α-Al2O3晶体无色透明，Al3+和百度文库2-的基态电子能级是填满 的，能隙为9ev, 不吸收可见光, 只有晶格振动吸收红外光。
在Al2O3晶体中掺入0.1%的Cr3+ , 晶体呈粉红色，掺入 1%的Cr3+，则呈深红色。这是因为Cr3+离子具有3d3电子组态， 当Cr3+取代Al3+进入变形的八面体配位格点位置后，在Al2O3 晶体中造成了一部分较低的激发态能级（位于价带和导带之 间），可以吸收可见光中的绿光和兰光，透过红光，因而呈 现红色。
余辉时间在10-8 秒以下的称为荧光。 离开激发源时，荧光现象就中止；
余辉时间在10-8 秒以上的称为磷光。 离开激发源时，发光现象可长时间地继续进行。
发光材料由 基质物质 和激活离子（发光中心离子）组成。 基质物质：一般为外壳层d轨道已填满、内部壳层又不易 受到外部影响的离子（如Cu+、Zn2+、Ag+、Ca2+及 Sr2+、 Ba2+，Y3+等）的硫化物或含氧酸盐。 激活离子：一般为过渡金属和稀土金属离子。 常见的有：Pb2+、Sn2+、Sb3+、Mn2+、Ag+、Cu+、Eu3+、
当发光中心吸收了激发能时，按照弗兰克-康登原理，发光 中心从基态的某一能级（如A能级）垂直提升到激发态的某 一较高振动能级B，而离子的位形基本未变。跃迁后，激发 态电子的能量变化和电子云的变化会反过来影响周围晶格离 子的平衡位置，在约10-12S之内，使其改变到一个新的平衡 位置C点，在这个调整过程中，电子将一部分能量传递给周 围离子，转化为晶格的热振动，同时体系的能量从B下降到 C，电子在激发态停留约10-8~10-3S，然后从C跃迁回到基态 的D点，这时发光中心相应地发射出相当于CD间隙能量的 光，然后电子从D驰豫回到A，从而完成一个跃迁周期。
d-d 跃迁 窄帯隙跃迁 色心
晶格
振动
固
吸收
有 吸
收
红外光
可见光
紫外光
离子晶体在红外、可见及紫外光区吸收光谱图
3.4.3 发光和发光材料
1. 发光现象
当晶体材料受到激发源（如紫外–可见光、x和γ射线照 射，或阴极射线等）的作用时，晶体中原子或离子的外层价 电子得到能量受激发，相应的原子或离子就跃迁到了激发态。 在这种情况下，除非发生光化学反应产生永久性的变化，否 则激发态的原子或离子终究要把从激发源所吸收的能量以某 种方式耗散掉，并回到它原来的能量状态。
离子晶体中的正、负离子对形成强的偶极子，偶极子 的振动可被红外辐射所激发，产生对辐射的吸收。
晶格振动的红外吸收不仅限于离子晶体，其它绝缘体 中也会发生。
例如：NaCl晶体在 40000~70000nm 内有吸收； 金刚石在 2000~13000nm 内有吸收； 水晶在 7000~30000nm 区域的吸收。