发光现象与机理分析

1、发光现象“发光”是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐 射的过程，叠加在热辐射之上的一种光发射，是一个 技术名词。在外界激发下能发光的物质叫发光物质， 通常不包含单纯热辐射导致的发光，如太阳是热辐射， 不算是发光物质，固体中的电子受到外界能量的激发 （如光吸收），从基态跃迁到激发态，这是一种非平衡 态。处于激发态的电子具有一定的寿命，以一定几率 回落到基态，并把多余的能量以各种形式释放出来， 如果以光能的形式释放，称为发光过程。自然界中的很多物体（包括固体、液体和气体，有机物和无机物）,都具有发光的性能。任何物体在一定温度下均有热辐 射（热发光），严格的固体发光概念不包含热发光。发 光现象有

2、两个主要特征：1.发光为固体吸收外界能量 后，所发出总辐射超出热发射的部分。2.外界激发源 对物体的作用停止后，发光会持续一段时间。并非一切光辐射都称为发光，发光是光辐射一部分。光辐射是平衡辐射与非平衡辐射的总和。光辐射的特 征一般可用5个宏观光学参量描述：亮度、光谱、相 干性、偏振度和辐射期间。平衡辐射是炽热物体的光 辐射，又叫热辐射。温度在0K以上的任何物体都有 热辐射，但温度不够高时辐射波长大多在红外区，人 眼看不见。物体的温度达到5000OC以上时，辐射的可 见部分就够强了，例如烧红了的铁，电灯泡中的灯丝 等。非平衡辐射是在某种外界作用激发下，物体偏离原来的热平衡态所产生的辐射。发光是

3、其一种，除了 发光以外，还有反射、散射等。当然发光有别于其它 的非平衡辐射。发光有一个比较长的延续时间，这就 是在激发，即外界作用停止后发光不是马上消失而是 逐渐变弱，这个过程也称为余辉，这个延续时间长的 可达几十小时，短的也有10 sec左右，总之都比反 射、散射的持续时间长很多。随着技术的发展，现在 能够测量的时间，已经突破一个飞秒（fs= 10 - 15 秒*而测到的发光弛豫时间短到皮秒（ps =10-12秒） 的例子也很多。发光材料能够发出明亮的光，而它的 温度却比室温高不了多少。因此发光有时也被称为“冷 光”。固体发光是电磁波、带电粒子、电能、机械能及 化学能等作用到固体上而被转化为

4、光能的现象。固体吸收外界能量后，并非任何情况下都能发光，只有当 固体中存在发光中心时才能有效的发光。发光中心通 常是由杂质离子或晶格缺陷构成，发光中心吸收外界 能量后，从基态激发到激发态，当从激发态回到基态 时就以发光形式释放出能量。固体中的发光过程大致 分为两大类：分立中心的发光，发光的全部过程都局 限在单个中心的内部（单分子过程）；复合发光，发 光过程中经过电离（电子脱离母体或发光中心），电 子同电离中心复合而发光（双分子过程）。分立中心 的发光这是在绝缘体发光中的主要类型。常用的基质 材料包括：碱金属卤化物，如NaCl ；碱土金属卤化物， 如 CaF 氧化物 如 Al C McC Y Al C 钨酸土卜 如甘 CaF ； 氧 IL/物，如甘 AlCq、IVigC、YqAl&C夕t刁 135土、2233512硅酸盐、钼酸盐、锗酸盐等，如CaWC4;玻璃等。在固 体中由于存在大量缺陷及其他杂质，常能形成复杂的发光中心,如F心是碱金属卤化物中阴离子空位上俘 获了一个电子所形成的。也可以分子形式掺杂，形成 分子中心。实用上常选用绝缘体或半绝缘体（作为基 质）及合适的中心，形成分立中心的发光。复合发光 这类发光多见于半导体，它受到激发后，掺杂离子或 基质离子都可能被电离。复合发光取决于能带结构。掺杂半导体中发光又与杂质引进的能级位置有关。从 对电学性