固体发光原理
固体激光器原理固体激光器
固体激光器原理-固体激光器固体激光器发展历程固体激光器发展历程固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。
1960年，梅曼发明的红宝石激光器就是固体激光器，也是世界上第一台激光器。
固体激光器一般由激光工作物质、激励源、聚光腔、谐振腔反射镜和电源等部分构成。
这类激光器所采用的固体工作物质，是把具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的。
在固体中能产生受激发射作用的金属离子主要有三类：(1)过渡金属离子；(2)大多数镧系金属离子；(3)锕系金属离子。
这些掺杂到固体基质中的金属离子的主要特点是：具有比较宽的有效吸收光谱带，深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机比较高的荧光效率，比较长的荧光寿命和比较窄的荧光谱线，因而易于产生粒子数反转和受激发射。
用作晶体类基质的人工晶体主要有：刚玉、钇铝石榴石、钨酸钙、氟化钙等，以及铝酸钇、铍酸镧等。
用作玻璃类基质的主要是优质硅酸盐光学玻璃，例如常用的钡冕玻璃和钙冕玻璃。
与晶体基质相比，玻璃基质的主要特点是制备方便和易于获得大尺寸优质材料。
对于晶体和玻璃基质的主要要求是：易于掺入起激活作用的发光金属离子；；具有适于长期激光运转的物理和化学特性。
晶体激光器以红宝石和掺钕钇铝石榴石为典型代表。
玻璃激光器则是以钕玻璃激光器为典型代表。
工作物质固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。
这种工作物质一般应具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。
玻璃激光工作物质容易制成均匀的大尺寸材料，可用于高能量或高峰值功率激光器。
但其荧光谱线较宽，热性能较差，不适于高平均功率下工作。
常见的钕玻璃有硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐玻璃。
80年代初期，研制成功折射率温度系数为负值的钕玻璃，可用于高重复频率的中、小能量激光器。
晶体激光工作物质一般具有良好的热性能和机械性能，窄的荧光谱线，但获得优质大尺寸材料的晶体生长技术复杂。
发光原理实验指导书
电子科技大学光电信息学院本科教学实验指导书（实验）课程名称：发光原理基础电子科技大学教务处制表实验一、材料的光致发光研究一、 实验目的：1、 了解发光材料的激发和发射过程2、 掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法 二、 实验原理：发光材料在人们的日常生活和生产实践中得到了越来越广泛的应用，适当的材料吸收高能辐射后，接着就发出光，其发射出的光子能量比激发辐射的能量低。
具有这种发光行为的物质就称为发光物质。
发光物质在将某种形式的能量转化为电磁辐射时，仅伴随极少量的热辐射，因此与热辐射发光具有本质的区别。
发光材料由基质和激活剂（发光中心）组成，例如典型的发光物质Al 2O 3：Cr 3+和Y 2O 3：Eu 3+，它们的基质分别为Al 2O 3和Y 2O 3，激活剂分别为Cr 3+和Eu 3+。
发光物质可以被多种形式的能量激发，紫外或可见光激发荧光粉发光的光致发光，激发光的波长可以改变，很容易的知道辐射能在激发什么和激发哪里。
正因为如此，研究材料的激发光谱、发射光谱成为发光材料研究的重要手段。
发光物质的发光过程中的光吸收、辐射跃钱、无辐射跃迁、能量传输等主要过程可以用位形坐标模型来进行解释。
图1为孤立发光中心的位形坐标模型，下部那条抛物线g 表示系统处于最低能态即基态时的能量与位形的关系。
抛物线的最低点表示离子处于平衡位置时的能量。
若将金属离子与配位体当作一个谐振子，其振动总能量为ν )21v (Ev +=，其中，v 是谐振量子数，v=0，1，2，…正整数；ν是谐振子的振动频率。
在绝对零度时，在最低振动能级0v 时系统最有可能处在R 0点。
发光中心占据基态最低振动能级，中心离子周围的配位体在距中心大约为R 0的位置上作平衡振动。
在较高温度下，也可占据较高的振动能级。
上述关于基态的论述同样适用于激发态，只是具有不同的平衡位置和键力常数。
在图1中上部那条抛物线e 就表示系统处于激发态时的情况，它的抛物线位移了ΔR 。
地震光形成的科学原理是什么
地震光形成的科学原理是什么地震光是在地震发生时，观察者能够观察到的一种特殊现象。
当地震发生时，触发的地震波会在地球内部传播，并逐渐扩散到地球表面，这些地震波传播过程中产生的能量会激发周围岩石等物质，使其发出光线，从而形成地震光。
地震光的形成过程非常复杂，涉及到多种物理学和地质学原理。
下面就地震光形成的科学原理进行详细探讨。
首先，地震是由地壳内部的断裂运动导致的。
当地壳不稳定时，当地壳中的岩石断裂移动时，会释放出大量的能量，形成地震波。
这些地震波会穿过地球内部，并传播到地球表面。
地震波是地震能量在地球中传播的一种形式。
地震波主要包括P波（纵波）、S波（横波）和波（表面波）等几种类型。
其中，P波是最快传播的波动，其速度可达到地震波速度的60%到70%，它的震级很小，主要是以振动传播来产生的。
S波速度相对较慢，但强度较大，它的震级也相对较大。
地震波直接传播到地球表面后，会在地表地质构造中产生反射、折射和散射，从而形成地震光。
地震光的产生与岩石中的激发和能量释放密切相关。
当地震波经过地质构造或岩石等介质时，会激发周围的离子、分子和电子等粒子，并使其处于激发态。
当这些激发态的粒子回到基态时，会释放出能量，这就是地震光的来源。
地震波激发离子、分子和电子等粒子的过程主要涉及两个方面的物理原理：一是电离与激发原理；二是发光原理。
首先是电离与激发原理。
当地震波经过介质时，震动会导致物质中的原子和分子离子化，产生大量的自由电子、离子和高能电子络合物。
这些带正电荷的粒子与带负电荷的自由电子发生碰撞，会激发自由电子的能级跃迁，从而释放出光子。
这种光子释放过程称为激发辐射。
其次是发光原理。
当激发的自由电子回到基态时，从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级，会释放出能量。
根据能量守恒定律，这部分能量可以作为光能量释放出来，因此会发出可见光。
不同的岩石和物质在激发态的不同能级之间跃迁所释放的光的颜色也会不同，从而形成了不同的地震光现象。
鲁米诺实验的原理和步骤
鲁米诺实验的原理和步骤
鲁米诺实验是一种观察光的发射与吸收现象的实验方法。
其原理基于化学发光反应，在化学发光反应中，化学反应的放出的能被固体颗粒吸收，然后再重新辐射出来，使得固体颗粒呈现出短暂的发光现象。
鲁米诺实验的步骤主要包括以下几个部分：
1. 准备试剂：鲁米诺试剂和氧化剂。
鲁米诺试剂是一种具有发光性质的有机化合物，可以在受激发前或后发光。
氧化剂可以提供能量激发鲁米诺试剂。
2. 混合试剂：将鲁米诺试剂和氧化剂混合均匀。
3. 显示发光现象：当试剂混合后，开始发生化学反应，释放出能量，使鲁米诺试剂激发发光。
实验中可以观察到闪光或弱发光的现象。
4. 分析发光现象：通过调整试剂的浓度或添加其他物质，可以分析影响发光强度和发光时间的因素。
鲁米诺实验的原理和步骤是基于光的发射与吸收现象进行的，通过化学反应的放出能量来激发鲁米诺试剂的发光。
这种实验可以用于研究化学反应动力学、凝聚态物理学以及环境与化学分析等领域。
利用固体物理LED发光原理测量普朗克常数
利用固体物理LED发光原理测量普朗克常数凌涛;胡海宁;彭麟;王莹【摘要】普朗克常数是物理学中一个重要的常数，利用二极管的量子特性探讨运用发光二极管来测量普朗克常数。
通过测量二极管的伏安曲线，确定其阈值电压，根据相关量子理论，间接得出普朗克常数，通过与光电效应法测量普朗克常数的测量结果相比较，结果表明此误差略大，但作为一种新型的实验方法探索，对于开拓学生的综合素养还是非常有益的。
%We got the forward threshold voltage by measuring the current-voltage characteristic of light emitting diode (LED). Then,the Planck constant can be determined by our theory. The experiment results show that the theoretical value of Planck constant is in accord with the experiment data.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】2页(P55-56)【关键词】普朗克常数;发光二极管;阈值电压【作者】凌涛;胡海宁;彭麟;王莹【作者单位】上海电力学院，上海 201300;上海电力学院，上海 201300;上海电力学院，上海 201300;上海电力学院，上海 201300【正文语种】中文【中图分类】O433.1普朗克常数是近代物理学中一个具有重要意义的自然常数。
测量普朗克常数的方法有波尔理论法［1］、黑体辐射法［2］、色散法［3］、光电效应法［4］等多种方法。
多数教材采用光电效应方法来测来普朗克常数值。
这里运用发光二极管来来测量普朗克常数，加深对发光二极管工作原理的理解，探索利用二极管的量子特性来测量普朗克常数。
采用LED发光二极管，对其伏安曲线进行测量，根据相关公式求得普朗克常数，根据这一原理开发了一套普朗克常数测定仪。
什么是LED
什么是LED？LED是Light Emitting Diode，的英文单词缩写，简称发光二极管，是一种能够将电能转化可见光的半导体器件，她可以直接把电转化成光；一般情况下，LED，即发光二极管主要由支架、银胶、金线、环氧树脂五种物料所组成。
它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。
据有关资料分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。
LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电脑的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端N型半导体，在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。
当电流通过导线作用与这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
随着全球LED的发展趋势，LED目前主要应用于一下几大方面，（1）显示屏、交通讯号显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用与各种室内、户外显示屏，分为全色、双色和单色显示屏。
（2）汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音箱指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。
（3）应用在手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等热点。
（4）应用于LED照明光源。
主要体现在LED光源替代白织灯和荧光灯。
（5）家居室内照明产品，如LED筒灯，LED天花灯，LED目光灯等等，同时，LED 光纤灯已经悄悄地进入家居照明。
LED照明颜色LED照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。
它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
发光材料知识点总结图解
发光材料知识点总结图解一、发光材料的定义发光材料是指在激发作用下能够发生发光现象的材料。
它通过吸收外界能量，然后释放出光能的过程，从而实现发光的效果。
发光材料广泛应用于显示屏、发光二极管（LED）、荧光体、有机发光二极管（OLED）、激光材料等领域。
二、发光材料的分类1. 无机发光材料：主要包括磷光体、发光二极管（LED）等。
磷光体是指在受到紫外线等激发条件下能够发射出可见光的材料，常用于夜光材料、荧光体等领域。
而LED是由具有半导体结构的材料组成的，通过激发能量使得电子在半导体材料中跃迁，从而产生光辐射的现象。
2. 有机发光材料：主要包括有机发光二极管（OLED）、荧光表面材料等。
OLED是将有机材料溶液制备成薄膜层，通过在其两侧施加电场而产生发光的材料，具有可控性强、色彩丰富等特点。
3. 激光材料：主要包括半导体激光材料、固体激光材料等。
半导体激光材料是利用半导体材料产生激光的材料，具有小体积、高效率等特点；而固体激光材料则是指使用固态材料构成的激光系统，具有稳定性好、使用寿命长等特点。
三、发光材料的发光原理1. 磷光体：磷光体在受到紫外线等外界能源激发后，磷光体内部的激子（电子-空穴对）被激发，经过非辐射跃迁后，能够释放出能量，从而产生可见光的发光现象。
2. LED：LED的发光原理是基于半导体材料的电致发光效应。
当外加电压施加在半导体二极管P-N结上时，电子与空穴在P-N结附近复合，产生光子而发光。
3. OLED：OLED的发光原理是利用有机材料溶液制备成薄膜层，通过在其两侧施加电场而产生发光的现象。
当电子和空穴在有机材料中遇到时，就会形成激子，激子会经过共振辐射的方式而释放光子。
4. 激光材料：激光材料的发光原理是利用受激辐射的方式产生高能量的光子。
当激光材料受到外界激发能量时，其内部的物质跃迁便能通过共振的方式产生一种特定波长和相干性极高的激光光束。
四、发光材料的应用1. 显示屏：发光材料广泛应用于液晶显示屏、LED显示屏等，可以实现图像显示、视频播放等功能。
荧光 发光原理
荧光发光原理
在日常生活中，人们往往把荧光和发光联系在一起。
例如：夜晚的天空中出现了许多闪闪发光的星星，就是因为有光从星星发出。
其实，荧光是一种常见的物理现象。
荧光，又称磷光、磷化铟，是指当某些物质受光照射后，能发出与原物质不同颜色的光。
发光物质在吸收一定波长的激发光源的辐射能后，在发光器官中发生核反应，放出一种不可见的电磁辐射，这种电磁辐射就称为发光。
荧光主要分为两类：一类是固体发出来的光；另一类是液体发出来的光。
在日常生活中，我们所见到的最多是固体发出来的光。
它常以不同形式存在于大气、土壤、岩石和某些生物组织中。
当具有荧光效应的物质受到激发后，可在其分子中形成电子跃迁，这种跃迁产生荧光。
激发后原子中形成电子能级间的跃迁现象称为激子现象；当这种电子跃迁产生光子时，光子携带着能量，光子和电子碰撞而产生声子。
这些声子能通过激发态和基态之间的能量差来传递信息。
当这种信息传递到基态时，就形成了基态原子所具有的特征跃迁—荧光发射。
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固体发光原理
固体发光
一、名词解释
1、平衡辐射：是炽热物体的光辐射，又叫热辐射。
起因于物体的温度。
T,热平衡(准平衡),
相应热辐射。
热辐射体的光谱只决定于辐射体的温度及其发射本领。
非平衡辐射：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。
2、发光：当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。
在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。
这部分能量以光的电磁波形式发射出来，即称为发光现象。
上转换发光：吸收光子的能量小于发射光子的能量，材料吸收低能量长波辐射，发射短波辐射，材料的发射谱带位于其相应激发谱带的短波边，称上转换发光。
3、发光效率：通常有三种表示法：量子效率ηq 功率效率（能量效率）η 光度效率（流
明效率）ηl
功率效率（能量效率）ηp ：是指发射光的光功率Pf 与被吸收的光功率Px （或激发时输入的电功率）之比。
量子效率ηq ：是指发射的光子数Nf 与激发时吸收的光子数（或电子数）Nx 之比
4、发光中心：由激发而产生的电子和空穴，不稳定，最终将会复合。
一般而言，电子和空
穴总是通过某种特定的中心而实现复合的。
若复合后发射出光子，这种中心就是发光中心（可以是组成基质的离子、离子团或有意掺入
的激活剂）
猝灭中心：有些复合中心将电子和空穴复合的能量转变为热而不发射光子，这样的中心就叫做猝灭中心
5、电致发光：用电场或电流产生的发光，最初译成场致发光。
6、余辉发光：是一种光致发光现象，是指激发光停止后物质仍能持续发光的现象。
余辉时间：当激发光停止后，发光亮度（或强度）衰减到原来的e 分之一，或10%时，
所经历的时间。
7、热致释光：当温度升高时，发光又逐渐加强，这种现象称为加热发光或热致释光，有时
简称热释光。
红外释光：有的甚至在室温衰减完后,加热到高温还有热释光峰。
如：SrS:Ce 、Sm150℃
左右。
SrS ：Eu 、Sm 370℃。
这种材料存贮的激发能可通过红外线释放。
8、Stokes 定律：发光的光子能量小于激发光的光子能量。
发光谱带总是位于其相应激发
谱带的长波边
19、激活剂：对某种特定的化合物，（即发光材料基质）起激活作用，使原来不发光的或发
光很弱的材料产生发光
猝灭剂：损害发光性能，能使发光亮度降低的杂质，也叫毒化剂敏化剂：有助于激活剂所引起的发光，使发光亮度增加的杂质。
惰性杂质：对发光性能影响较小，对亮度和颜色不起直接作用的杂质。
二、简答：
1、发光与反射，散射，等非平衡辐射的区别（判据）
非平衡辐射有许多种，除了发光以外，还有反射、散射等。
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。
x f p P P =ηx
f q N N =η
①亮度：亮度高低不能区分各种类型的非平衡辐射；
②光谱改变及非相干性：不仅在发光中存在，在联合散射和康普顿-吴有训效应中也有。
而且，作为在特定条件下的发光，如激光（受激发射）及超辐射（特殊条件下的自发发射），具有相干性。
③偏振度：在发光现象中并没有带普遍性的特点。
④辐射期间：是判据。
发光有一个比较长的延续时间(Duration)，这个延续时间有长有短，总之都比反射、散射的持续时间长很多。
2、发光与热辐射的区别：
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℃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：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，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”。
3、激发光谱及含义：
是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长（或频率）的变化。
横轴代表所用的激发光波长，纵轴代表发光的强弱。
内涵：激发光谱反映不同波长的光激发材料的效果。
表示对发光起作用的激发光的波长范围。
4、电致发光显示特点：
器件结构中无电流通过，功率，消耗全部用于发光，响应时间可满足一般显示要求，可制成任意形状，尺寸很大的面光源泉或显示器件，使用寿命长，可超过1000H，器件薄且牢固，适用于使用空间受限制场合，发光层表面性状对发光性能影响较大。
5、余辉发光机理：
激活剂离子在基质晶格中占据一定的晶格位置，由于激活离子价态或离子半径与所取代基质元素不同，致使晶格畸变，从而在整个晶
格场中形成能级，激活剂离子彼此相距很远，这些能级不会扩大到整个晶体，只是局部起作用，是局域能级，同样，激活剂，敏化剂，共激活剂的引入也会在晶格场中产生局域能级，且深度适中，能使运动的电子起势阱作用，因此这类能级称为陷阱能级。
6、低温燃烧法制备发光材料过程中燃料用量对于产物粒径及发光性能的影响
用量增多，有两个互为相反作用共同影响性能，即“燃料放气”和“燃料放热”特性，两相因素共同作用，互相竞争
（1）对颗粒尺寸的影响：“燃料放气”特性：用量增多，气体量越多，反应物质被气流分散的程度越大，液滴分散得小，滴干燥后剩下的非挥发成分变小，产物颗粒尺寸变小。
“燃料放热”特性：用量越多，所释放热量越多，温度越高，晶粒团聚生长快，产物颗粒尺寸也就更大。
（2）对发光性的影响：“燃料放气”特性：燃料用量增多，气流更猛烈，晶粒发育所需的物质聚焦程度降低，产物表面缺陷增多，即晶粒发育不完善，因此产物的发光性能变差。
“燃料放热”特性燃料用量增多，燃料释放热量增多，温度更高，晶粒发育完善。
7、色温和相关色温及各自适用情况：
色温：光源的发光颜色与某温度黑体的发光颜色相同或接近时，或光源的发光光谱与某温度黑体发光光谱相同或相近时，这一黑体的温度就可定义为该光源的色温。
相关色温：当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时称为相关色温色温概念适合于描述热辐射光源的颜色特征，黑体辐射理论是建立在热辐射基础上的，所以白炽灯的热辐射光源泉的光谱功率分布与黑体在可见区的光谱功率分布比较接近，都是连续光谱，气体放电光源一般为非连续光谱，与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合，采用相关色
温描述。
8、高温固相法助熔剂的作用：
助熔剂：起帮助熔压和熔煤工作用的物质，使激活剂容量进入基
质，并促进基质形成徽小晶体。
作用：因为在固相灼烧过程中，蒸发—凝聚，扩散和粘滞流动是的主要机制，膈溶剂的加入，可大大提高系统的高温粘滞流动性。
9、金属卤化物灯放电辐射特点：
炮点燃后，放电开始进行，这时灯只发生暗淡的光，承受放电继续进行，所产生的热量使下班外壳温度逐渐升高，在管壁工作温度达1000K左右，金属卤化物迅速蒸发。
金属卤化物扩散电孤高温中心后，分解为金属离子和卤系离子，金属原子在放电过程中，受激面发射该金属的特征光子。
与引同时，由于在电孤中心的金属原子和卤系原子的浓度增高，它们又向管壁扩散，管壁区哉的温度低于放电中心，金属原子和卤系原子相遇又重新化合成卤化物。
10、在发光材料制备方面，溶胶凝胶法与高温固相法相比所具有的突出优越性：
（1）降低烧结温度：既节省能源，又能避免由于高温烧结而从反应器外部引入有害杂质，反应从溶液开始，达分子水平均匀，且纳米徽粒尺寸大小，表面能高因此晶化温度比高温固相法低很多。
（2）反应从熔液开始，因而激活离子能较均匀分布在基质晶体中，利于找到发光体发光强度最大的激活离子的最低浓度
11气体放电的辐射效应：
12、高压汞灯和低压汞的放电辐射特点：
高压汞灯：原子密度高，原子间相互作用大，压力加宽，碰撞加宽，多普勒效应等现象，以致可见光区特征谱线明显，也存在254和185nm紫外辐射。
低压汞灯：
三、论述题
1、发光材料吸收激发光后的内部能量状态转变过程：
2、、辅助激活剂的种类和余辉时间的关系：
3、掺杂离子浓度，灼烧温度，灼烧时间对发光性能的影响
（1）灼烧温度：一般以基质组分中最高熔点的2\3为宜，但助熔剂的选择也有影响，最后有实验确定最佳温度。
（2）时间：灼烧时间
长短取决于炉料反应速度，炉料多少。
4、发光，光致发光，上转换发光，红外上转换发光的内在联系
发光——光致发光——上转换发光——红外上转换发光（不可见到可见）
5、能量上转换发光机制，上转换发光原理
上转换发光材料绝大多数是掺杂稀土离子的化合物，稀土离子拥有非常丰富的中间能级结构，为双光子或多光子加和提供了机会，稀土离子是上转换过程最佳候选。