1、光 致 发 光 光 谱,1,光致发光发光光谱,光致发光光谱的产生机理,2,3,斯托克斯发光和反斯托克斯发光,2,一 光致发光发光光谱（也称发射光谱）,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(-0)2,我们知道，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。,其中是频率，EV是在频率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，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。,1 光致发光发光光谱简介,燃烧法CaS
2、: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,4,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。,2 发光中心,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。,5,发光材料吸收了激发光 ，就会在
3、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。,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,6,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
4、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。,2 发光和猝灭,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）。,7,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
5、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。,3 猝灭中心,8,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。,三 斯托克斯发光和反斯托克斯发光,CaS:Eu,Sm的激发光谱和荧光发射光谱波长比较,10,七、斯托克斯定律和反斯托克斯发光,上发光中心的能级结构示意图,11,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。 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。,七、斯托克斯定律和反斯托克斯发光,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,
