發(fā)光的定義及特點

1、發(fā)光的定義及特點第1頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍本章重點發(fā)光的定義和特點發(fā)光與熱輻射的區(qū)別發(fā)光材料的分類方法發(fā)光現(xiàn)象所經(jīng)歷的物理過程發(fā)光的幾個重要參數(shù)第2頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍一、光的本質(zhì)波粒二相性 波動性電學(xué)及磁學(xué)分量組成的互成90簡諧運動波長和頻率兩個參量干涉、衍射現(xiàn)象第3頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍粒子性早在1900年普朗克就提出光的存在是以很多小部分光能量為單位組成的光子光子能量為光電導(dǎo)、光電發(fā)射、發(fā)光及光化

2、學(xué)等效應(yīng)都是粒子性的體現(xiàn)第4頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍二、光的發(fā)射熱輻射任何高于0K的物體都會向外輻射能量連續(xù)光譜（光強隨波長的變化關(guān)系）隨著溫度的升高，輻射的總功率增大，輻射的光譜分布向短波方向移動平衡輻射效率低（白熾燈 10%，主要為紅外輻射）發(fā)光第5頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍日光燈發(fā)光有何特點呢？白色光燈管溫度不高，接近常溫顯然不是熱輻射發(fā)光效率比白熾燈高得多（80 lm/W以上）日光燈的發(fā)光過程燈管內(nèi)的氣體（水銀蒸汽）放電產(chǎn)生紫外線（254nm）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光第

3、6頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍發(fā)光不需要將發(fā)光材料加熱到高溫（如日光燈、顯像管等常溫下就可產(chǎn)生光發(fā)射）原因：電子在不同高能態(tài)上的分布偏離熱平衡分布從這些高能態(tài)的躍遷而來的光就會比相應(yīng)溫度下同樣波長的發(fā)射強很多需要以某種方式把能量交給物體使電子升到一定高能態(tài)激發(fā)過程只是在少數(shù)中心進行，不會影響物體的溫度可以更有效地把外界提供的能量轉(zhuǎn)化成我們所需要的可見光第7頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍三、發(fā)光的定義發(fā)光就是物體不經(jīng)過熱階段而將其內(nèi)部以某種方式吸收的能量直接以光能的形式釋放出來的非平

4、衡輻射過程第8頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍四、發(fā)光的特點冷光發(fā)光體和周圍環(huán)境的溫度幾乎是相同的，并不需要加溫只有個別中心得到能量，周圍大量的中心仍處于未被激發(fā)的狀態(tài)衰減（余輝）從外界吸收能量到放出光來，花費一定時間。發(fā)出的光既有反映這個物質(zhì)特點的光譜，又有一定的衰減規(guī)律與反射光、散射光、契連科夫輻射等區(qū)分第9頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍契連科夫輻射 如果電子或其它帶電粒子在真空中具有很高的速度（接近光速），那么當(dāng)它進入折射系數(shù)較大的物質(zhì)時，它的速度有可能大于光在該物質(zhì)中的速度。這

5、種情況下，電子或其它帶電粒子能量的一部分會轉(zhuǎn)化為可見光或紫外光發(fā)射出去，這種現(xiàn)象是前蘇聯(lián)物理學(xué)家契連科夫首先發(fā)現(xiàn)的，被稱為契連科夫效應(yīng)。 第10頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍五、發(fā)光的分類以某種方式將能量交給物體使電子提升到一定高能態(tài)的過程稱為激發(fā)一般按激發(fā)能來源劃分機械發(fā)光機械能（ZnS:Mn在振動時發(fā)光）物理發(fā)光物理能（進一步劃分）化學(xué)發(fā)光化學(xué)能（熒光棒）生物發(fā)光 生物化學(xué)能（螢火蟲）第11頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍物理發(fā)光（根據(jù)材料的物相分類）氣體放電只適合于氣態(tài)物質(zhì)固體發(fā)

6、光 最常用，最廣泛液體發(fā)光常用于材料分析第12頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍1）氣體放電發(fā)光只適合氣態(tài)物質(zhì)氣體中的帶電粒子（電子和離子）就會在電場的作用下加速帶電粒子氣體中的原子或分子碰撞電離產(chǎn)生新的電子和離子使原本不導(dǎo)電的氣體變得導(dǎo)電了第13頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍氣體放電總伴隨著光的發(fā)射氣體放電過程中，有的原子、分子或離子在碰撞過程中會被激發(fā)到高能態(tài)，從而會發(fā)出光來第14頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍激發(fā)還可以通過異類

7、原子（或分子）間的共振能量傳遞間接地實現(xiàn)第15頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍氣體放電的應(yīng)用霓虹燈日光燈PDP氣體激光器激光泵浦紫外殺菌燈投影光源第16頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍2）固體發(fā)光A）有機材料B）無機材料晶體半導(dǎo)體發(fā)光二極管、激光器粉末熒光粉薄膜電致發(fā)光單晶薄膜發(fā)光粉混入介質(zhì)形成的薄膜直接制成的薄膜第17頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍物理發(fā)光（根據(jù)激發(fā)方式分類）光致發(fā)光（Photoluminescence， PL）激

8、發(fā)能為電磁輻射，如日光燈中的熒光粉發(fā)光，激發(fā)光主要為254 nm紫外線陰極射線發(fā)光（CathodoLuminescence，CL）激發(fā)能為電子束的動能，如CRT、FED等電致發(fā)光（ElectroLuminescence, EL）激發(fā)能為電場能高能粒子發(fā)光（x射線、高能粒子激發(fā)）第18頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍常見熒光粉器件的發(fā)光類型第19頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍課堂練習(xí)有光的發(fā)射就是發(fā)光這一說法是否正確？發(fā)光材料發(fā)出的光稱為“冷光”是因為發(fā)光材料發(fā)光時不需要被加熱到高溫激發(fā)

9、停止后，發(fā)光一定會延續(xù)一段時間陰極射線發(fā)光是由電子束（陰極射線）發(fā)射的日光燈和PDP的熒光粉發(fā)光都屬于光致發(fā)光錯誤正確正確正確錯誤第20頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍6. 發(fā)光材料一般按照激發(fā)的方式進行分類正確下列器件熒光粉的發(fā)光類型分別是？陰極射線管陰極射線發(fā)光節(jié)能燈光致發(fā)光PDP光致發(fā)光冷陰極熒光燈光致發(fā)光白光LED（藍色芯片）光致發(fā)光器件名稱發(fā)光類型第21頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍六、材料發(fā)光所經(jīng)歷的主要過程激發(fā)發(fā)光必須首先從外界獲取能量將體內(nèi)的原子、分子或離子從基態(tài)激發(fā)到

10、高能態(tài)輻射躍遷高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，粒子遲早會從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，釋放出吸收的能量如果能量是以光子的形式釋放出來的就稱之為輻射躍遷第22頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍注意并非所有被發(fā)光材料吸收的激發(fā)能都能轉(zhuǎn)化為光輻射輸出從高能態(tài)到基態(tài)的躍遷并非只有發(fā)光這一種方式無輻射躍遷能量傳輸?shù)?3頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍無輻射躍遷從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程若不產(chǎn)生光子輻射輸出輻射躍遷的競爭過程，會降低材料的發(fā)光效率量子效率：第24頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分

11、，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍激發(fā)能量的傳輸He-Ne氣體放電發(fā)光 熒光粉的發(fā)光第25頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍1、鹵粉的光譜2 、加入紅粉后的光譜3、加入的紅粉光譜Sb3+Mn2+第26頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍小結(jié)發(fā)光所經(jīng)歷的主要物理過程激發(fā)過程：發(fā)光材料從外界吸收能量，將發(fā)光中心從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)輻射躍遷過程：發(fā)光中心從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，多余的能量以光子的形式釋放出來無輻射躍遷過程：發(fā)光中心從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，多余的能量一聲子的形式釋放到晶格中，導(dǎo)致材料溫度的升

12、高能量傳輸過程：輸入的激發(fā)能在基質(zhì)與發(fā)光中心間、發(fā)光中心與發(fā)光中心間進行傳遞第27頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍課堂練習(xí)發(fā)光材料要發(fā)光就必須首先吸收能量一般來說，發(fā)光材料的量子效率不超過100%無輻射躍遷會降低材料的發(fā)光效率發(fā)光經(jīng)歷的物理過程按下列順序發(fā)生： 激發(fā)輻射躍遷無輻射躍遷能量傳遞正確正確正確錯誤第28頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍2.4、表征發(fā)光的主要性能指標1、激發(fā)光譜（發(fā)光材料特定波長的發(fā)光強度與激發(fā)光波長的關(guān)系。 ）確定對發(fā)光有貢獻的激發(fā)光波長范圍的激發(fā)光譜橫坐標：

13、激發(fā)光波長縱坐標：發(fā)光強度（效率）通常為相對值第29頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍2. 發(fā)射光譜在一定激發(fā)源的激發(fā)下，發(fā)光材料的發(fā)光能量或發(fā)光強度按波長的分布光譜的線型：線譜寬帶譜線譜+寬帶譜橫坐標： 發(fā)射光波長縱坐標：發(fā)光強度（效率）通常為相對值Gauss函數(shù) 表示第30頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍3. 發(fā)光效率發(fā)光效率反映了材料吸收激發(fā)能量后轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿谋壤芰啃剩üβ市剩┌l(fā)光輻射能量與吸收能量之比量子效率輻射出的量子數(shù)與吸收的量子數(shù)之比 流明效率發(fā)射的光通量與吸收的能量之

14、比第31頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍4. 發(fā)光的增長與衰減發(fā)光的馳豫是發(fā)光的重要特征之一將激發(fā)停止后立即停止的發(fā)光稱為熒光人眼不可察覺激發(fā)停止后，延續(xù)相當(dāng)長一段時間的發(fā)光稱為磷光人眼可見隨著實驗技術(shù)的發(fā)展，這種區(qū)分已經(jīng)變得不明確了，還有很多人沿用這兩個名稱第32頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍A）分立發(fā)光的衰減衰減過程激發(fā)態(tài)的壽命分立發(fā)光衰減的規(guī)律是指數(shù)式的激發(fā)態(tài)可以躍遷到不同的基態(tài)時只要始態(tài)能級相同，相應(yīng)的發(fā)光就有相同的衰減時間第33頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分

15、，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍B） 復(fù)合發(fā)光假設(shè)兩類載流了數(shù)目相等，都等于n任何一個載流子都可以和異號的任何個載流子復(fù)合第34頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍實用上將熒光粉的亮度下降到激發(fā)停止的瞬間亮度的10%所經(jīng)歷的時間稱作余輝時間顯示技術(shù)中常用的余輝劃分為了適應(yīng)人眼的頻率響應(yīng)特性，家用電視要求2030ms以下的中（短）余輝熒光粉顯示管一般要求50ms至數(shù)百毫秒的長余輝熒光粉三基色熒光粉的余輝特性要求基本一致（有時需要特意引入適當(dāng)?shù)拟鐒?，如Ni，Co等）第35頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光

16、電信息學(xué)院陳德軍課堂練習(xí)激發(fā)光譜的橫坐標和縱坐標分別表示什么參量橫坐標：激發(fā)光的波長縱坐標：特定波長（或譜帶）發(fā)射光的強度或光通量常見的激發(fā)光譜或發(fā)射光譜的縱坐標一般為相對強度工程上將激發(fā)停止后發(fā)光強度降低到起始值的 所需的時間作為熒光粉的余輝時間10%正確第36頁，共38頁，2022年，5月20日，4點11分，星期二電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍思考題1、什么是發(fā)光，它有什么特點？2、發(fā)光和熱輻射有什么區(qū)別？3、發(fā)光所經(jīng)歷的主要物理過程有哪些？4、從發(fā)光經(jīng)歷的物理過程分析，如何才能保證日光燈具有較高的發(fā)光效率5、列舉常見的熒光粉器件，根據(jù)發(fā)光材料的激發(fā)方式說明其中發(fā)光材料的發(fā)光類型6、什么是激發(fā)光譜，什么是發(fā)射光譜？7、發(fā)