光致發(fā)光

產(chǎn)生

       激發(fā)態(tài)的分布按能量的高低可以分為三個(gè)區(qū)域。低于禁帶寬度的激發(fā)態(tài)主要是分立中心的激發(fā)態(tài)。關(guān)于這些激發(fā)態(tài)能譜項(xiàng)及其性質(zhì)的研究，涉及到雜質(zhì)中心與點(diǎn)陣的相互作用，可利用晶體場(chǎng)理論進(jìn)行分析。隨著這一相互作用的加強(qiáng)，吸收及發(fā)射譜帶都由窄變寬，溫度效應(yīng)也由弱變強(qiáng)，特別是猝滅現(xiàn)象變強(qiáng)，使一部分激發(fā)能變?yōu)辄c(diǎn)陣振動(dòng)。在相互作用較強(qiáng)的情況下，激發(fā)態(tài)或基態(tài)都只能表示中心及點(diǎn)陣作為一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)的狀態(tài)。通常用位形坐標(biāo)曲線表示。電子躍遷一般都在曲線的極小值附近發(fā)生。但是，近年關(guān)于過(guò)熱發(fā)光的研究，證明發(fā)光也可以從比較高的振動(dòng)能級(jí)起始，這在分時(shí)光譜中可得到直觀的圖像，反映出參與躍遷的聲子結(jié)構(gòu)。
       接近禁帶寬度的激發(fā)態(tài)是比較豐富的，包括自由激子、束縛激子及施主-受主對(duì)等。當(dāng)激發(fā)密度很高時(shí),還可出現(xiàn)激子分子，而在間接帶隙半導(dǎo)體內(nèi)甚至觀察到電子－空穴液滴。 激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成電磁激子(excitonic polariton)。束縛激子的發(fā)光是常見(jiàn)的現(xiàn)象，它在束縛能上的微小差異常被用來(lái)反映束縛中心的特征。在有機(jī)分子晶體中，最低的電子激發(fā)態(tài)是三重激子態(tài)，而單態(tài)激子的能量幾乎是三重態(tài)激子能量的兩倍。分子晶體中的分子由于近鄰?fù)?lèi)分子的存在,會(huì)出現(xiàn)兩種效應(yīng)：“紅移”(約幾百cm)及“達(dá)維多夫劈裂”。這兩種效應(yīng)對(duì)單態(tài)的影響都大于對(duì)三重態(tài)的影響。
       能量更高的激發(fā)態(tài)是導(dǎo)帶中的電子，包括熱載流子所處的狀態(tài)。后者是在能量較高的光學(xué)激發(fā)下。載流子被激發(fā)到高出在導(dǎo)帶（或價(jià)帶）中熱平衡態(tài)的情況，通常可用電子（或空穴）溫度（不同于點(diǎn)陣溫度）描述它們的分布。實(shí)驗(yàn)證明，熱載流子不需要和點(diǎn)陣充分交換能量直至達(dá)到和點(diǎn)陣處于熱平衡的狀態(tài)即可復(fù)合發(fā)光，盡管它的復(fù)合截面較后者小。熱載流子也可在導(dǎo)帶（或價(jià)帶）內(nèi)部向低能躍遷。這類(lèi)發(fā)光可以反映能帶結(jié)構(gòu)及有關(guān)性質(zhì)。
       激發(fā)態(tài)的運(yùn)動(dòng)是發(fā)光中的重要過(guò)程，能量傳遞是它的一個(gè)重要途徑。分子之間的能量傳遞幾率很大，處于激發(fā)態(tài)的分子被看作是激子態(tài)。無(wú)機(jī)材料中的能量傳遞也非常重要，在技術(shù)上已得到應(yīng)用。無(wú)輻射躍遷是激發(fā)態(tài)弛豫中的另一重要途徑。對(duì)發(fā)光效率有決定性的影響。

應(yīng)用

       光致發(fā)光最普遍的應(yīng)用為日光燈。它是燈管內(nèi)氣體放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)管壁上的發(fā)光粉而發(fā)出可見(jiàn)光的。其效率約為白熾燈的5倍。此外,“黑光燈”及其他單色燈的光致發(fā)光廣泛地用于印刷、復(fù)制、醫(yī)療、植物生長(zhǎng)、誘蟲(chóng)及裝飾等技術(shù)中。上轉(zhuǎn)換材料則可將紅外光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，可用于探測(cè)紅外線，例如紅外激光的光場(chǎng)等。
       光致發(fā)光可以提供有關(guān)材料的結(jié)構(gòu)、成分及環(huán)境原子排列的信息，是一種非破壞性的、靈敏度高的分析方法。激光的應(yīng)用更使這類(lèi)分析方法深入到微區(qū)、選擇激發(fā)及瞬態(tài)過(guò)程的領(lǐng)域，使它又進(jìn)一步成為重要的研究手段，應(yīng)用到物理學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)及分子生物學(xué)等領(lǐng)域，逐步出現(xiàn)新的邊緣學(xué)科。
       光致發(fā)光是一種探測(cè)材料電子結(jié)構(gòu)的方法，它與材料無(wú)接觸且不損壞材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并將多余能量傳遞給材料，這個(gè)過(guò)程叫做光激發(fā)。這些多余的能量可以通過(guò)發(fā)光的形式消耗掉。由于光激發(fā)而發(fā)光的過(guò)程叫做光致發(fā)光。光致發(fā)光的光譜結(jié)構(gòu)和光強(qiáng)是測(cè)量許多重要材料的直接手段。
       光激發(fā)導(dǎo)致材料內(nèi)部的電子躍遷到允許的激發(fā)態(tài)。當(dāng)這些電子回到他們的熱平衡態(tài)時(shí)，多余的能量可以通過(guò)發(fā)光過(guò)程和非輻射過(guò)程釋放。光致發(fā)光輻射光的能量是與兩個(gè)電子態(tài)間不同的能級(jí)差相聯(lián)系的，這其中涉及到了激發(fā)態(tài)與平衡態(tài)之間的躍遷。激發(fā)光的數(shù)量是與輻射過(guò)程的貢獻(xiàn)相聯(lián)系的。
       光致發(fā)光可以應(yīng)用于：帶隙檢測(cè)，雜質(zhì)等級(jí)和缺陷檢測(cè)，復(fù)合機(jī)制以及材料品質(zhì)鑒定。