2009-2010固体发光学复习提纲
固体发光讲义 - 第二章 发光的几个重要特征
第二章发光材料及其特征2-1 发光材料几乎所有的无机固体发光材料都是由两部分组成的。
其一是材料的主要成分，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。
不过它在材料中的浓度却很小，有时少到10-5-10-4克/克。
表示材料的符号，激活剂常写在基质后面，例如ZnS:Cu, ZnS就是基质，Cu是激活剂，也有人把激活剂写在基质前面。
激活剂还可以不止一种。
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）。
有些基质自己就可以发光，但极少实用的无机发光材料是不含激活剂的。
至于有机材料，它们是通过分子而发光。
分子相互之间的作用很弱，因此每个分子基本是孤立的。
它们无论在什么状态下（在液态，固态或作为杂质掺入其它基质中）发光，其特征都不会有很大差别。
无机固体则很少能够独自发光而无需激活剂的。
发光材料一般有三种型态：粉末、薄膜和单晶。
粉末状无机材料是研究和应用的最早、使用量又最大的一种。
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它。
因此在提起发光材料时，人们就常常会认为指的是这种材料，也就是通常所谓的荧光粉。
实际并非如此。
另外是单晶，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晶，第一章里已经简单介绍过了，以后还会谈到。
薄膜之类的材料已经研究许多年，已有一些应用。
不过技术上还有待继续发展。
荧光粉是无机材料。
一般需在高温下灼烧。
温度在10000到15000C的范围。
为了生产上节约能源，降低温度是很重要的，所以通常都尽可能使用13000C以下的温度或更低一些。
在灼烧以前，先要设法将各种成分混匀。
有时除基质和激活剂之外，还需加一种熔点较低的物质，叫做助熔剂（flux）。
固体发光讲义 - 第九章 有机物的电致发光
第九章 有机薄膜电致发光9-1 有机分子的光致发光9-1-1 有机分子的能级有机物的一种最主要的组分是碳氢化合物。
那些碳原子间具有双键或三键的有机物，即所谓未饱和碳氢化合物， 通常都有较强的光致发光(PL)。
这些有机分子都有π键,它的激发态和发光关系密切。
具有双键的分子，如芳香族碳氢化合物(即苯系化合物，包括各种染料)，多烯类(polyenes)，核酸(nucleic acid)，氨基酸(amino-acid)等等以及某些高分子。
它们的π键在发光中占有重要的地位。
原子组成分子时，s 电子互相形成σ 键，p 电子则形成π键。
分子在基态时，电子都成键。
不论是σ 键或π键，都有自旋相反的两个成键电子，其总自旋为零(S=0) 。
因此成为单态，通常记为S 0（图9-1）。
当一个电子被激发，如其自旋不变，即仍有总自旋S = 0，激发态亦为单态，以S S S 12,,3…等表示不同的单态。
如果自旋反转了，两个电子的自旋平行，则总自旋为S = 1，那就成了三重态：T T T 12,,3…（有人也把T 态叫做三线态。
实际上，T 态是简并的，即三个态的能量相等，因而一般表现为一条线。
只有在一定条件下，T 态才会分裂，从而在光谱上出现两条线或三条线。
所以还是称为三重态比较合适）。
根据自旋选择定则，单态和三重态之间的跃迁是禁戒的。
通常，三重态能级低于相应的单态，即S 1高于T 1，S 2高于T 2，……等等。
当然这不是严格的，有时也可能有S 1既高于T 1又高于T 2的情况。
通常激发光多半是紫外或近紫外，能量不会太大。
因此，一般最高都只激发到。
2S 图9-1 π电子能级和发光过程图9-1 给出π电子的激发和跃迁示意图。
发光多半都是从S 1跃 迁回到基态。
S 2能级的发光是少有的事，因为其能量通过无辐射多声子跃迁而转移到S 1的几率极大，约为1012/秒的数量级，这一无辐射过程化学家通常称之为内转换 (Internal conversion)。
固体发光讲义 - 第一章 发光概论
第一章 概论1-1 发光现象“发光”即Luminescence 一词作为一个技术名词，是专指一种特殊的光发射现象，它与热辐射有根本的区别。
温度在绝对零度以上的任何物体都有热辐射。
不过温度不够高时辐射的波长大多在红外区，人眼看不见。
物体的温度达到5000C 以上时，辐射的可见部分就够强了，例如烧红了的铁，电灯泡中的灯丝等等。
发光则是叠加在热辐射之上的一种光发射。
发光材料能够发出明亮的光，（例如日光灯内荧光粉的发光），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”．热辐射是一种平衡辐射。
它基本上只与温度有关而与物质的种类无关。
发光则是一种非平衡辐射，反映着发光物质的特徵。
但是发光又有别于其它的非平衡辐射如反射，散射等。
根据俄罗斯学派的意见，发光有一个比较长的延续时间(Duration)，这就是在激发（Excitation ）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（afterglow ）。
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。
一般认为，反射和散射的持续时间和光的振动周期差不多，约为1010−14sec.。
不过，10−10sec 这个数量的确定在当时可以说是有点任意性，是根据当时技术测量上的极限。
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）的例子已不在少数。
过去，常把在激发时的发光叫做荧光(Fluorescence)，而把激发停止后的发光叫做磷光(Phosphorescence)。
现在在无机物发光的领域对这两个词仍没有严格的区分，甚至还有些混淆，例如将发光粉叫做荧光粉。
但在有机物的发光中，分子从单态（singlet ）跃迁到基态（也是单态）的发光叫荧光，从三重态（triplet state ）跃迁到基态的发光叫磷光，这是不容混淆的。
发光学与发光材料复习总结终极版-参考资料
第一章发光学与发光材料1、发光:当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、单重态：一个分子中所有电子自旋都配对的电子状态三重态：有两个电子的自旋不配对而平行的状态3.振动弛豫：由于分子间的碰撞，激发态分子由同一电子能级中的较高振动能级转至较低振动能级的过程，其效率较高。
4.内转换：相同多重态的两个电子能级间，电子由高能级回到低能级的分子内过程。
5.系间窜越：激发态分子的电子自旋发生倒转而使分子的多重态发生变化的过程。
6.外转换：激发态分子与溶剂或其他溶质相互作用和能量转换而使荧光（或磷光）减弱甚至消失的过程。
7.荧光：受光激发的分子经振动驰豫、内转换、振动驰豫到达第一电子激发单重态的最低振动能级，以辐射的形式回到基态，发出荧光。
8.磷光：若第一激发单重态的分子通过系间窜跃到达第一激发三重态，再通过振动驰豫转至该激发的最低振动能级，然后以辐射的形式回到基态，发出的光线称为磷光。
9.光致发光：用光激发产生的发光叫做光致发光。
10.电致发光：用电场或电流激发产生的发光。
11.阴极射线发光：发光物质在电子束的激发下产生的发光。
荧光灯：是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯，在低压汞蒸气放电过程中会产生大量的波长为253.7mm的紫外线，以及少量波长为185nm的紫外线和可见光。
在灯管表面涂有荧光粉，可以将波长为253.7nm的紫外线转化为可见光。
11.激光器的基本结构包括三部分,即工作物质、激励能源和光学谐振腔。
12.等离子体：是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。
14.晶体：有许多质点包括原子、离子、分子或原子群，在三维空间作有规则排列而成的固体物质。
单晶：整个晶格是连续的。
多晶：有大量小单晶颗粒组成的集体。
非晶：组成物质的原子或离子的排列不具有周期性。
固体发光讲义 - 第七章 能量传递
第七章 能量传递7-1 概述研究发光离子的能量传递理论的人很多，其中很重要的有F örster 和Dexter 。
前者最初有许多工作是探讨有机发光分子在气态中和溶液中的能量传递问题。
后者较详细地研究了无机固体中掺杂离子间的能量传递，多为后来的发光材料工作者所引用。
这一章用较多的篇幅介绍Dexter 的工作。
这里要讨论的能量传递是指在真空或介质中的两个不同种类的离子、原子或分子，其中之一的电子被激发后，导致另一个粒子被激发。
但是要排除以下的现象：即一个粒子发射光子而另一个粒子吸收这个光子从而被激发。
这属于简单的再吸收问题，或者说是辐射传递问题，不在讨论之列。
实际上，我们要讨论的是无辐射能量传递问题。
在无机发光材料领域中，通常最感兴趣的是所谓敏化发光(Sensitized luminescence)现象，即掺进一种新离子S 可以使原来发光不强甚至完全不发光的离子A 发光亮度大增。
掺进的离子S 叫做敏化剂（sensitizer ）。
敏化剂传递能量的方式大多是无辐射的能量传递，也是我们感兴趣的一种能量传递方式。
这种传递靠的是离子间(S 和A 之间)的多极子相互作用，即电偶极子—电偶极子(Edd)相互作用、电偶极子—电四极子(Edq)相互作用、或电四极子—电四极子(Eqq)相互作用。
这几种作用的强弱程度依上述顺序而减。
当离子距离很近以致波函数重叠较大时，还可以发生另一种方式的能量传递，即交换作用(exchanged interaction)的能量传递。
如果S 是靠它所发射的光被激活剂A 所吸收的辐射传递而发光，则将一种只掺敏化剂S 的材料和一种只掺激活剂A 的材料机械地混合在一起，用只能激发S 的波长激发这一混合物，就可以看到A 的发光。
如果S 和A 之间的传递是无辐射的，这样的混合不会产生什么效果，因为无辐射传递的距离一般不会超过100埃，而荧光粉颗粒的尺寸大多大于1微米（10,000埃）。
与此类似，辐射传递导致的激活剂发光增强会随发光体的体积的增大而增大，无辐射传递则不会。
固体物理复习提纲3
固体物理复习提纲（Part 3）- 晶格振动和声子论部分（第25讲）1. 写出一维单原子链的简正模的色散曲线方程，并由周期边界条件求出格波波矢q r的取值。
答：一维单原子链的简正模的色散曲线方程为：()i n ,()()2q a q q q ωωω⎛⎫=-= ⎪⎝⎭由周期边界条件求出格波波矢q r的取值：()s in g le s in g le ()()221,is a n in te g e r.22th e n u m b e r o f d iffe re n t in z o n e ()/i tiq n ai tiq n N an n N iq N al u t A e eu t A e el eq ll NaLq N aq q Naaaωωππππππ--++=⋅==⋅=⇔==∆=-=∆=2. 原胞总数为N 的一维单原子链，一共有多少个不同的简正模？写出在某一个简正模(,)ii q q ω上的平均声子数公式和整个晶格的总能量平均值计算公式？答：原胞总数为N 的一维单原子链，一共有N 个不同的简正模。
（注：晶格振动的独立模式数=晶体的自由度数，原胞总数为N 的一维双原子链，一共有2N 个不同的简正模。
）在某一个简正模(,)ii q q ω上的平均声子数q n 公式：1/)1q q n T ω=-h B exp (k整个晶格的总能量平均值计算公式：111/)12Nii i q la ttice q q q E T ωω=⎡⎤=+⎢⎥-⎢⎥⎣⎦∑h h q B e x p (k 3. 什么是格波的声学支和光学支？答：一维双原子链振动中，振动频率为：（课本：P104通常把具有q →0，w →0的色散关系称为声学支，每组（w,q ）所对应的振动模式相应的称为声学模。
长光学支格波与长声学支格波本质上有何差别?答：长光学支格波的特征是每个原胞内的不同原子做相对振动, 振动频率较高, 它包含了晶格振动频率最高的振动模式. 长声学支格波的特征是原胞内的不同原子没有相对位移, 原胞做整体运动, 振动频率较低, 它包含了晶格振动频率最低的振动模式, 波速是一常数. 任何晶体都存在声学支格波, 但简单晶格(非复式格子)晶体不存在光学支格波.）4. 对于单原子晶胞的三维晶体，原胞总数为N ，请计算在第一布里渊区内简正模的数量。
固体发光讲义 - 第六章 发光动力学
第六章 发光动力学这里说的动力学，是针对无机磷光体的。
对于分立发光中心的弛豫过程，一般而言，问题是清楚的，理论基本能够说明所观察到的大多数现象。
但是对于复合发光材料，特别是ZnS 之类，在上世纪上半叶，作过大量的研究工作。
英文叫做Kinetics of luminescence 。
它处理的是发光体被激发后电子在导带中和空穴在价带中发生的各种过程，包括电子被局域能级俘获和由其中逸出，空穴被发光中心俘获以及电子和空穴复合等一系列有关的过程。
最主要目的之一是以能带模型解释长余辉发光的衰减规律，以及一些其他特性。
因为这个衰减规律几乎是有普遍性的，并且可以用很简单的函数来表示。
但是在给定一些参数并作了某些合理的假设以后，列出几个联立的速率方程（通常是一些看起来简明的微分方程），设法求出方程的解。
除了极个别的情况，从这些方程并不能解出已知的函数。
它们的数字解也不能很好地说明最简单的实验结果。
目前除了由于热释光在辐射剂量计方面有重要的应用而在这方面还有不少较具体的研究外，普适性的工作已经远不如早期那么多了。
6-1 复合发光的衰减对于复合发光的动力学，首先是建立一个能带模型。
ZnS 是一种无机宽禁带半导体，ZnS:Cu的发光被公认为典型的复合发光。
实验确定它的余辉具有幂函数形式（苏联学派则称为双曲线形式），即激发停止较长时间以后，发光强度I 随时间的变化遵循下列规律：q t t I −∝)( (6--1)更完整的公式是 qbt I t I )1()(0+= (6-2) 通常 1<q<2。
当t 相当大时，(6-2)就趋近于(6-1)。
实际上，并不只是ZnS:Cu 的衰减具有以上形式，许多无机发光材料，包括非ZnS 材料如碱土金属硫化物等等的衰减，甚至上世纪90年代初才研制出的SrAl 2O 4:Eu,Dy ，都具有(6-2)的形式。
为了从理论上说明这个经验公式，几十年里，许多研究者提出各种各样的动力学模型，但是始终没有一个令人满意的定量的结果。
固体发光讲义 - 第二章 发光的几个重要特征
第二章发光材料及其特征2-1 发光材料几乎所有的无机固体发光材料都是由两部分组成的。
其一是材料的主要成分，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。
不过它在材料中的浓度却很小，有时少到10-5-10-4克/克。
表示材料的符号，激活剂常写在基质后面，例如ZnS:Cu, ZnS就是基质，Cu是激活剂，也有人把激活剂写在基质前面。
激活剂还可以不止一种。
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）。
有些基质自己就可以发光，但极少实用的无机发光材料是不含激活剂的。
至于有机材料，它们是通过分子而发光。
分子相互之间的作用很弱，因此每个分子基本是孤立的。
它们无论在什么状态下（在液态，固态或作为杂质掺入其它基质中）发光，其特征都不会有很大差别。
无机固体则很少能够独自发光而无需激活剂的。
发光材料一般有三种型态：粉末、薄膜和单晶。
粉末状无机材料是研究和应用的最早、使用量又最大的一种。
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它。
因此在提起发光材料时，人们就常常会认为指的是这种材料，也就是通常所谓的荧光粉。
实际并非如此。
另外是单晶，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晶，第一章里已经简单介绍过了，以后还会谈到。
薄膜之类的材料已经研究许多年，已有一些应用。
不过技术上还有待继续发展。
荧光粉是无机材料。
一般需在高温下灼烧。
温度在10000到15000C的范围。
为了生产上节约能源，降低温度是很重要的，所以通常都尽可能使用13000C以下的温度或更低一些。
在灼烧以前，先要设法将各种成分混匀。
有时除基质和激活剂之外，还需加一种熔点较低的物质，叫做助熔剂（flux）。
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2009-2010固体发光学复习提纲
第一章概论
1. 发光的定义。
发光的种类（按激发方式分）
2. 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。
3. 视见函数和亮度。
Stokes定律。
4. 发光材料（详见附录）
5. 发光的应用，特别注意那些重要的或有广泛应用的方面。
6. 发光中的物理问题。
第二章发光材料及其特征
1.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？
2.什么叫基质，激活剂，敏化剂？
3.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。
4.P18 根据图2.12推导式(2.16）和(2.17)。
5.发光衰减的两种主要的表示形式。
它和微观过程的关系。
6.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
1．群的表示。
不可约表示。
特征标。
2．对称群举例。
3．群表示的基函数。
4．表示是否可约的判据。
5．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
1.自由离子的能级结构和光谱项
2．晶格场的作用。
能级分裂的物理图象。
3．3d 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
4．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
1. 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-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。
2. 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
1. 分立中心发光的激发和衰减
2. 复合发光衰减的能带模型
3. 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。
4. 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。
5. 光致释光及其应用。
第七章能量传递
1.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。
2.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）。
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。
3.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
１.化学发光基本原理和应用。
（刘昌和）
２.生物发光基本原理与实例。
（刘晟）
３.长余辉发光的两个模型。
（陆神洲）
４.热致释光和光致释光。
（于方方）
５.几种复合发光的原理。
６.分立发光中心的特点。
７.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。
（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。
１３.稀土离子发光的原理和特点。
１４.分立发光中心的衰减。
１５.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）
１６.试述能带结构对跃迁几率和发光效率的影响。