发光现象与机理分析

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5000 C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NaCI;碱土金属卤化物，如CaF2；氧化物，女口AI2O3、MgO、丫

3AI5O12；钨酸盐、硅酸盐、钼酸盐、锗酸盐等，如CaWO4；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。从对电学性质的影响上区分，有三类杂质：施主、受主和等电子杂质。当发光体被激发后，施主可以俘获一个电子，受主可以俘获一个空穴，等电子杂质可以明显地提高发光效率