固体发光复习大纲

1、2009-2010固体发光学复习提纲第一章概论发光的定义。发光的种类（按激发方式分）表色系：CIE色坐标和CIE-xy色度图的意义。R（红）G（绿）B（蓝）W（白）各色的色坐标的大 致范围。视见函数和亮度。Stokes定律。发光材料（详见附录）发光的应用，特别注意那些重要的或有广泛应用的方面。发光中的物理问题。第二章发光材料及其特征发光材料的三种形态。哪些应用使用粉末材料？哪些使用单晶，哪些用薄膜？什么叫基质，激活剂，敏化剂？发光的几个基本特性的定义。它们所代表的物理过程。激发光谱的意义。光谱的宏观表示和微观量的关系。P18 根据图 2.12 推导式（2.16）和（2.17）。发光衰减的两种主

2、要的表示形式。它和微观过程的关系。发光效率的几种表示。量子效率和衰减常数的关系。第三章群论简介群的表示。不可约表示。特征标。对称群举例。群表示的基函数。表示是否可约的判据。能级的简并。微扰产生的能级分裂。第四章分立中心发光和复合发光自由离子的能级结构和光谱项晶格场的作用。能级分裂的物理图象。3d电子的能级分裂的特点。Dq的意义。Tanabe-Sugan图。分裂能级的符号及其所代表 的意义稀土离子能级。泡利不相容原理，能量最低原理和Hund定则。如何利用它来确定基态。4f-4f跃迁禁戒的原因。解除禁戒的条件。第五章晶格弛豫与无辐射跃迁位形坐标模型的物理意义。它能说明或解决的一些物理现象。如：电子

3、-声子相互作用， Stokes频移，发光线形，光谱的温度依赖关系和发光的温度猝灭。晶格与电子相互作用的含义。Frank-Condon原理（具体波动方程解法不要求全都都能理 解）。用位形座标模型来说明黄昆因子的物理意义。第六章发光动力学分立中心发光的激发和衰减复合发光衰减的能带模型复合发光的衰减规律。动力学方程。准恒稳态。两种主要的表示形式：单分子过程和 双分子过程。热释发光的产生和应用。TL曲线的分析（能级）。热释发光和热激电导的关系。光致释光及其应用。第七章能量传递用实验判别能量传递的方法。敏化剂。敏化剂发光寿命与激活剂浓度的关系。能量传递的方式（通过载流子和激子的输运，无辐射共振能量传递）

4、。如何从实验上区 分无辐射共振能量传递和通过光的再吸收的能量传递。能量传递的几率（多极子相互作用和交换作用）与敏化剂及激活剂距离的关系，与敏化 剂浓度的关系。S-S传递。4利用能量传递现象的意义和浓度猝灭现象。5上转换发光和实验方法（激发态吸收和连续能量传递）。量子剪裁的模型。简答题化学发光基本原理和应用。（刘昌和）生物发光基本原理与实例。（刘晟）长余辉发光的两个模型。（陆神洲）热致释光和光致释光。（于方方）几种复合发光的原理。分立发光中心的特点。纳米发光材料的粒度和表面对发光特性（效率，峰值和颜色等）的影响。（马磊）8 .白光LED的原理和荧光材料。9. X射线及高能粒子发光（闪烁体）原理。

5、（李辉）10 .激光基本原理。（孙杰）11.能量传递的方式和原理，应用和意义。12 .可约表示的约化。稀土离子发光的原理和特点。分立发光中心的衰减。上转换发光和实验方法（激发态吸收和连续能量传递）。（史治法）试述能带结构对跃迁几率和发光效率的影响。第_章概论发光的定义：是物体内部以某种方式吸收能量转化为光辐射的过程。发光的种类（按激发方式分）：光致发光（PL）：以紫外线激发物体而发出可见光，如日光 灯。电致发光（EL）：是用电压或电流施加于物体而发光。如发光二极管及薄膜电致发光 器件。阴极射线发光（CL）：是用电子束激发物体而发光。如示波管，电视显像管。X射 线发光：是用X射线照射而产生的发光

6、。如X射线增感屏。化学发光：通过化学反应激发 的发光。还有生物发光，摩擦发光，声致发光。表色系:。1色坐标和CIE-xy色度图的意义：以加法混合为基础的生物物理方式一CIE（国 际照明委员会）表色体系；以颜色的色调、明度、饱和度3个特征为基础的纯生物方式一孟 塞尔表色体系。R（红）G（绿）B（蓝）W（白）各色的色坐标的大致范围：视见函数和亮度：国际照明委员会（CIE）根据许多人的大量观察结果，用平均值的方法， 确定了人对各种波长的光的平均相对敏感度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率，或称 视见函数。亮度：不仅与客观有关，而且与人的视觉有关，它是一个心理物理量，单位面积 的发光强度。Stok

7、es 定律：发光材料：激光材料：掺钕的钇铝石榴石（Yttrium Aluminum Garnet），稀土激活的玻璃， 半导体材料。灯用材料：卤磷酸钙。长余辉材料。显示显像材料。闪烁晶体。发光的应用，特别注意那些重要的或有广泛应用的方面：发光主要应用于照明，显示和激 光。（固体激光物质，半导体激光器，核辐射线探测器）。第二章发光材料及其特征发光材料的三种形态：粉末、薄膜和单晶。哪些应用使用粉末材料？哪些使用单晶，哪些使用薄膜？日光灯、电视机及计算机的显象 管以及X光屏等日常生活随处可见的东西都要用粉末状无机材料。除了发光二极管和光盘必 需的半导体激光管已是众所周知的，还有射线探测用的器件等都是单

8、晶。什么叫基质，激活剂，敏化剂？材料的主要成分，也就是它的主体，在发光学的术语中， 称为基质（host）。其二是有意掺入的少量成分，称为激活剂（activator）。激活剂对发光 的性能有重要的作用，能够影响甚至决定发光的亮度和颜色以及其它性能。第二种掺质起改 善或改变发光性能的作用，叫共激活剂（co-activator），那些能够明显增强发光强度的另加 杂质叫敏化剂（sensitizer）。发光的几个基本特性的定义。它们所代表的物理过程。激发光谱的意义。光谱的宏观表示 和微观量的关系。发射光谱：是指发光强度随波长（或频率）的变化。一种是谱带，即在一定波长范围内（几百 埃甚至上千埃）发射能量的

9、分布是连续变化的，另一种是线谱，即光谱由许多强弱不同的谱 线组成。吸收光谱（Absorption Spectrum）：吸收光谱是吸收系数）a （vj随频率v或波长湖勺变 化情况。吸收光谱形状，也和发射光谱相似，有的是带谱，有的是线谱。激发光谱:某一谱 线或谱带的强度随激发光波长（或频率）的变化。激发谱反映不同波长的光激发材料的效果， 对激发光谱的研究对分析发光的激发过程是很有意义的。发光的衰减：当激发停止后，发 光并不立即消失，而能持续一段时间。这个持续来自各高能态的寿命。由于发光过程的不 同，持续的发光可以指数式衰减，也可以双曲线式衰减。持续的时间可达几分钟，也可是毫 微秒。材料因应用场合不

10、同，对衰减快慢要求也不同。我们就把实验测出的宏观量吸收光谱 和量子力学的微观量联系起来，实际上，也是把吸收光谱和跃迁几率联系起来。发光衰减的两种主要的表示形式。它和微观过程的关系。衰减是形式1时，假定发光材料中有某种离子被激发。在激发停止后，在时间为时处于激发态的电子数为n,而电子跃迁回到基态的几率为a,则在dt时间内激发态电子减少的数目为 -dn=andt，发光强度I正比于电子数减少的速率-dn/dt，因此I =I exp（-at），其中I =an代表激 000发刚停止时的发光强度，也就是衰减开始时的（t=0时的）强度。写成I=I0exp（-t/T），T=1/a 称为发光的寿命。它是发光强度

11、衰减到1/e所需的时间。可以证明，t也是电子在激发态存在 的平均寿命。在半对数坐标纸上作图，得到的是一条直线。直线斜率就是t的值。t的长短视 材料而有很大差别，可以短到毫微秒，长到秒的量级。对有些材料，衰减并不是简单的指数 式，而可能是两个指数式或更多的指数式之和。衰减是形式2时，假设发光体是由于异号载 流子（电子和空穴）的复合而被激发，在激发停止时如果两种载流子数量各为个，在激发 0后t时间载流子数目为这时n的减少速率应为dn/dt =pn2这里p为复合速率常数。发光的强 度I正比于载流子数的复合速率dn/dt，从而It-2是幕函数式的衰减，在许多无机磷光体的发 光中颇为常见，不过它们的幕数

12、不是2而是介于1和2之间。发光效率的几种表示。量子效率和衰减常数的关系。功率效率是发射光的功率与输入或吸收的功率之比。能量效率显然是指二者的能量之比。在 光致发光中，习惯用能量效率这个词，指的是发射的光能量与发光体吸收的能量之比，凡是 被材料反射、散射或由于其它原因而损失的光都不能计算进去。在电致发光或阴极射线发光 中，则常叫做功率效率。在这种情况下，只考虑输入的功率。以门代表功率（能量）效率， 以P和P分别表示发光功率和吸收功率，则叩=P/ P。 f xf x量子效率ng是发光体发射的光子数np它所吸收的光子数Nx之比，n=Nf/Nx。在电致发光中，N可以用来表示产生发光的电子的数目。在光致

13、发光的情况，有些材料如几种常用的荧光 x粉和一些有机材料，量子效率可以大到接近100%，即几乎全部吸收的光子都转换成发光光 子。但是由于发光的波长和激发光波长之间存在Stokes位移，即发光波长长于激发光波长， 因此能量效率不可能接近1。流明（光度）效率是发光体发出的总光通量L与消耗的功率W之比。nl=L/W，单位为流明/ 瓦（lm/W）。流明这个量是和人眼对各种波长的敏感度有关的。第四章分立中心发光和复合发光1.自由离子的能级结构和光谱项能级决定发射谱线的频率，能级间的跃迁几率决定它们的强度，而离子和晶格的耦合既影 响能级的结构又影响跃迁的几率等。在原子或离子中，每个电子的状态决定于四个量子

14、数： 即主量子数，轨道量子数I，磁量子数m和自旋量子数&这些量子数的取值多为整数， 只有自旋量子数是分数。它们都服从以下规则：n=1，2,，ln，m=-l，-1+1，.0，1，.l， 片1/2。每一个n值对应着不同的电子壳层。在同一壳层中，每一个l值可容许2（21+1）个 电子，形成一个组态。自旋量子数之间也有相互作用，总自旋量子数S同样是各自旋量 子数的矢量和，只许取整数或半奇数。对于各种离子的基态能级，可以用Hund定则来决 定，这个定则如下：第一，S值必定是最大的。第二，乙值也必须是最大的。第三，在组态 为半满（d组态中含5个电子或f组态中含7个电子称为半满）以前，最小的（值能量最低。半 满以后，最大/值能量最低。在晶体中，离子若要在光频范围有发射，它的最低激发态应低于导带底较多。基质的禁带 也应该较宽（所以它们一般都是透明的，并且只能用紫外光激发）。否则激发时，电子就 可能直接到达导带或由激发态通过热激活而进入导带。嗣后的发光就不能保证一定是该中 心的发光，而可能是复合发光，例如是导带电子和某种受主俘获的空穴的复合。这种情况 虽然