Студопедия — Теоретическое введение. Ряд веществ способен светиться не только вследствие нагревания, но и в результате облучения видимым светом
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теоретическое введение. Ряд веществ способен светиться не только вследствие нагревания, но и в результате облучения видимым светом






Ряд веществ способен светиться не только вследствие нагревания, но и в результате облучения видимым светом, ультрафиолетовыми, рентгеновскими и g-лучами, потоком электронов и других частиц, при трении и разламывании, при протекании химических реакций, под действием электрического поля и т.д. При этом тела испускают видимый свет, хотя температура их может быть очень низкой. Такое холодное свечение тел называется люминесценцией, а тела, способные люминесцировать – люминофорами, или фосфорами. Свечение, возникающее под действием света, носит название фотолюминесценции. В отличие от температурного излучения, люминесцентное свечение является неравновесным.

Важной особенностью люминесценции является заметная ее длительность. В зависимости от длительности свечения фотолюминесценцию принято разделять на флуоресценцию и фосфоресценцию. Флуоресценцией называется обычно свечение длительностью меньше 10–6 с, фосфоресценцией – свечение длительностью более 10–5 с.

Опыт показывает, что кристаллы с предельно правильным внутренним строением практически не люминесцируют. Люминесцентные свойства проявляются при наличии дефектов (примесей чужеродных атомов) в их структуре. Такие примеси называют активаторами. Содержание их в основном веществе не превышает сотых долей процента.

Рис.1.

На рис. 1, а показана энергетическая схема флуоресцирующего люминофора. Между целиком занятой зоной I и свободной зоной II располагаются примесные уровни активатора А. При поглощении атомом активатора фотона электрон с примесного уровня А переводится в свободную зону II. Становясь электроном проводимости, он свободно блуждает по объему кристалла до тех пор, пока не встретится с ионом активатора и не рекомбинирует с ним, перейдя снова на примесный уровень А. Рекомбинация сопровождается излучением кванта флуоресцентного свечения. Время высвечивания люминофора определяется временем жизни возбужденного состояния атомов активатора, которое не превышает обычно миллиардных долей секунды. Поэтому свечение является кратковременным и исчезает почти вслед за прекращением облучения тела.

Для возникновения длительного свечения, характерного для фосфоресценции, люминофор должен содержать не только активатор, но и так называемые центры захвата, или ловушки для электронов Ловушки представляют собой незаполненные локальные уровни, располагающиеся вблизи дна зоны проводимости (Л1, Л2 на рис. 1, б). Они могут быть образованы атомами примесей, атомами в междоузлии, вакансией отрицательных ионов и т. д. Энергетическая схема фосфоресцирующего люминофора показана на рис. 1, б. Под действием света атомы активатора возбуждаются: электроны с примесного уровня А переходят в зону II и становятся свободными. Захватываясь ловушками, они теряют свою подвижность. Освобождение от ловушки требует затраты энергии, которую электроны могут получать от колебаний решетки (фононов). Освобожденный из ловушки электрон попадает в зону проводимости и блуждает по кристаллу до тех пор, пока снова не будет захвачен ловушкой или не рекомбинирует с ионом активатора. В последнем случае возникает квант люминесцентного излучения. Таким образом, ловушки играют роль центров, в которых запасается энергия поглощенных фотонов, впоследствии высвечиваемая в форме люминесцентного излучения. Длительность этого высвечивания определяется продолжительностью пребывания электронов в ловушках.

Закон Стокса. При облучении люминофора квантами света энергия квантов расходуется частично на возбуждение атомов активатора, а частично превращается внутри облучаемого тела в другие виды энергии (в большинстве случаев в тепло). Обозначим долю энергии кванта, пошедшую на возбуждение атома активатора, через e. При переходе атома из возбужденного состояния в нормальное будет излучаться квант люминесцентного свечения с энергией, равной, очевидно, e. Этой энергии соответствует частота n = e/ h и длина волны l = ch /e (c – скорость света). Так как энергия падающего кванта e0 > e, то длина волны люминесцентного свечения l должна быть больше длины волны света, возбуждающего люминесценцию: l > l0, что и утверждается законом Стокса (рис.2).

При столкновении падающего кванта с возбужденным атомом энергия кванта e0 = h n0 может сложиться с энергией возбуждения. В этом случае возникает квант люминесцентного излучения с энергией e, большей энергии света, возбуждающего люминесценцию. Так возникает антистоксова люминесценция.

 

Рис.2 Рис.3

Закон Вавилова. Рассмотрим простейший случай, когда каждый фотон падающего света e0 = h n0 вызывает появление фотона люминесценции e = h n (квантовый выход равен единице). Тогда энергетический выход люминесценции равен, очевидно, отношению энергий этих фотонов h = e/e0. Так как e= h n= hc /l, то получим:

h = n/n0 = l0/l (1)

Из этого соотношения видно, что энергетический выход люминесценции h должен расти пропорционально длине волны возбуждающего света (l0), так, как требует закон Вавилова. Когда l0 достигает такой величины, при которой энергия падающих квантов оказывается недостаточной для возбуждения люминесценции, энергетический выход h скачкообразно падает до нуля (рис.3).

Закон затухания фосфоресценции кристаллофосфоров в ряде случаев приближенно описывается гиперболической зависимостью (формулой Баккереля):

I = I 0 /(1 + at)a, (2)

где I 0 и I – интенсивности свечения в начальный момент и в момент времени t; a, a – постоянные, характерные для данного вещества.







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 382. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

В теории государства и права выделяют два пути возникновения государства: восточный и западный Восточный путь возникновения государства представляет собой плавный переход, перерастание первобытного общества в государство...

Закон Гука при растяжении и сжатии   Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой зависимостью, которая называется законом Гука, по имени установившего этот закон английского физика Роберта Гука в 1678 году...

Характерные черты официально-делового стиля Наиболее характерными чертами официально-делового стиля являются: • лаконичность...

Сущность, виды и функции маркетинга персонала Перснал-маркетинг является новым понятием. В мировой практике маркетинга и управления персоналом он выделился в отдельное направление лишь в начале 90-х гг.XX века...

Разработка товарной и ценовой стратегии фирмы на российском рынке хлебопродуктов В начале 1994 г. английская фирма МОНО совместно с бельгийской ПЮРАТОС приняла решение о начале совместного проекта на российском рынке. Эти фирмы ведут деятельность в сопредельных сферах производства хлебопродуктов. МОНО – крупнейший в Великобритании...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ПЛОСКОЙ ФИГУРЫ Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия