光致发光和电致发光谱课件

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光致发光和电致发光谱
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(2)激活和激活剂
晶体中对完整周期点阵或结构的任何偏离都是缺陷。在发光材 料的基质晶体中加入某种杂质,造成结构上的缺陷,由于这种结构 缺陷,使原来不发光或发光很微弱的材料产生发光,这种作用叫做 激活,所加入的杂质称为激活剂。
敏化剂(促进作用)
猝灭剂(削弱作用)
共激活剂
自激活(不加激活剂,因基质晶体中自身结构缺陷而产 生发光)
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因此,物体发光有以下两个基本特征。
1.任何物体在一定温度下都具有平衡热 辐射,而发光是指吸收外来能量发出的总辐 射中超出平衡热辐射的部分。
2.当外界激发源对材料的作用停止后,发光 还会持续一段时间,称为余辉。这是固体发光与 其他光发射现象的根本区别。一般以持续时间10-8 s为分界,短于10-8 s的称为荧光,长于10-8 s的称 为磷光。
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(5)激发光谱(Excitation spectrum)
激发光谱是指发光材料在不同波长光的激发下,该 材料的某一发光谱线和谱带的强度或发射效率与激发 波长的关系。
激发光谱反应了不同波长的光激发材料的效果。 根据激发光谱可以确定激发该发光材料使其发光所需 的激发光波长范围,并可以确定某发射谱线强度最大 时的最佳激发光波长。激发光谱对分析发光的激发过 程具有重要意义。
从量子力学理论上,这一过程可以描述为物质吸收光 子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态,同时放出光子 的过程。光致发光是多种形式的荧光(Fluorescence)中 的一种。
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1.2 光致发光的基本原理
设一系统的能级结构如图,E0为基态能量,E1-E6为激发态,受到 激发后,若系统从能级E0跃迁到E5,由于从E2-E5能级间相距很近,可 通过非辐射性级联过程发射声子,由E5能级降到E2能级,从E2到E1或E0 的能级间距较大,则可能通过发射光子的辐射性跃迁来完成,这时就
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两种不同形式的发光
光致发光大致经历吸收、能量传递和光发射三个主要阶 段。光的吸收和发射都是发生在能级之间的跃迁,都经过激 发态,而能量传递则是由于激发态的运动,激发光辐射的能 量可直接被发光中心吸收,也可被发光材料的基质吸收。
在第一种情况下,发光中心吸收能量向较高能级跃迁, 随后跃迁回到较低能级或基态能级而产生发光。
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(3)位形坐标图
位形坐标曲线是解释电子-声子相互作用的一种物理模型,用 一个坐标来代表离子的位置,作为横轴;纵轴表示电子-离子系统的 能量,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ括电子能量和离子势能,这就是位形坐标曲线。
如图,曲线代表离子位置变化时系统的能量的改变情况,也
可以看作是电子在某一状态时离子的势能曲线。下面一条曲线是
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一. 光 致 发 光 谱
1 光致发光发光基本原理
2 光致发光光谱的实验装置及方法
3 光致发光的应用
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11.. 光致发光的基本原理
1.1 光致发光的定义
所谓光致发光(Photoluminescence简称PL),是指物体 依赖外界光源进行照射,从而获得能量,产生激发导至发光 的现象。也指物质吸收光子(或电磁波)后重新辐射出光子 (或电磁波)的过程。
I( λ) =I( 0 λ) eKX
式中 I(0 λ ) ——波长为A的人射光的初始强度; I(λ) ——入射光通过厚度为x的发光材料后的强度;
K ——不随光强但随波长变化的一个系数,称为吸收系数。
发光材料的吸收光谱主要决定于材料的基质,而激活剂和 其他杂质对吸收光谱也有一定的影响。被吸收的光能一部分辐 射发光,一部分能量以晶格振动等非辐射方式消耗掉。大多数 发光材料主吸收带在紫外光谱区。发光材料的紫外吸收光谱可 由紫外-可见分光光度计来测量。
在基态时系统的能量随位形坐标的变化,上面一条对应电子在激
发态时系统的能量随位形坐标的变化。A到B是吸收,C到D代表发
光,E是电子基态和激发态的能量差,水平短横线代表离子的振动
能级。
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(4)吸收光谱(Absorption spectrum)
吸收光谱是描述吸收系数随入射光波长变化的谱图,发光材料 对光的吸收遵循
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(6)发射光谱(光致发光谱 / Emission spectrum)
发射光谱是指发光材料在某一特定波长光的激发下, 所发射的不同波长光的强度或能量分布。
在第二种情况下,基质吸收光能,在基质中形成电子空 穴对,他们可能在晶体中运动,或被束缚在各个发光中心上, 电子与空穴复合而引起发光,这种发光叫做复合发光。
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当发光中心离子处于基质的能带中时,会形成一个局域 能级,处在基质导带和价带之间,即位于基质的禁带中。不 同的基质结构,发光中心离子在禁带中形成的局域能级的位 置部同.从而在光激发下.会产生不同的跃迁、导致不同的 发光色。
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。
分立发光中心 被激发的电子没有离开中心而回到基态产生发光。
复合发光中心 电子被激发后离化,与空穴通过特定中心复合产生发光。
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光致发光和电致发光谱
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光辐射有平衡辐射和非平衡辐射两大类,即热辐射和发 光。任何物体只要具有一定的温度,则该物体必定具有与此 温度下处于热平衡状态的辐射(红光、红外辐射)。非平衡辐 射是指在某种外界作用的激发下,体系偏离原来的平衡态, 如果物体在回复到平衡态的过程中,其多余 的能量以光辐射的形式释放出来,则称为发 光。因此发光是一种叠加在热辐射背景上的 非平衡辐射,其持续时间要超过光的振动周 期。
可观测到发光,在这种情况下发射的光子能量分别为
hv1 E2E1 hv2 E2E0
E6 E5 E4 E3 E2
激发过程
非辐射衰 变过程
辐射衰变过程
E1
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(1)发光中心
进行辐射跃迁过程的实体即是发光中心,它是发光体中被激 发的电子跃迁回基态(或与空穴复合)发射出光子的特定中心。
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