光致發(fā)光原理

光致發(fā)光（PL）是發(fā)光材料吸收光子（或電磁波）后，重新輻射發(fā)出光（或電磁波）的過程。這種過程與材料的結(jié)構(gòu)、成分及原子排列等密切相關(guān)。鑠思百小編整理了相關(guān)資料幫助大家理解光致發(fā)光的原理和特點。

光致發(fā)光的原理：

光致發(fā)光（Photoluminescence，簡稱PL）是冷發(fā)光的一種，指物質(zhì)吸收光子（或電磁波）后重新輻射出光子（或電磁波）的過程。 從量子力學理論上，這一過程可以描述為物質(zhì)吸收光子躍遷到較高能級的激發(fā)態(tài)后返回低能態(tài)，同時放出光子的過程。光致發(fā)光可按延遲時間分為熒光（Fluorescence）和磷光（Phosphorescence）。

正常情況下物質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的系統(tǒng)能量最低，我們將這種狀態(tài)稱之為基態(tài)，此時，其中的電子也處于基態(tài)，電子排布是能量最低、最穩(wěn)定的構(gòu)型。當物質(zhì)受到外界能量(比如光能）的作用，系統(tǒng)能量升高，處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，我們將這種狀態(tài)稱之為激發(fā)態(tài)。此時，電子吸收一定的能量后，電子排布發(fā)生改變，部分電子被激發(fā)到遠離原子核的軌道上，也就是能量更高的軌道上。處于激發(fā)態(tài)的電子位于能量相對較高的能態(tài)，這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，需要通過失去多余能量回到能量較低比較穩(wěn)定的狀態(tài)，這個過程我們稱之為“躍遷”。這種能量損失可能包括無輻射躍遷(如內(nèi)部轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)間交叉或振動弛豫)或輻射躍遷(如熒光和磷光)。輻射躍遷過程伴隨著光子的產(chǎn)生。無輻射躍遷過程不發(fā)射光子，多余能量以熱或其他能量形式轉(zhuǎn)移。電子躍遷的能量等于起始能級和最終能級之間的能量差。因此，電子躍遷吸收的能量E(J mol-1)可以用(1)式表述:

(1)

其中，ΔE代表吸收的能量，h是普朗克常數(shù)，c是光速，v和λ分別是吸收光波的頻率與波長。EH和EL分別代表電子躍遷前后所占據(jù)的高能態(tài)和低能態(tài)軌道的能量。

同理，躍遷時釋放的光能可以用(2)式表述:

(2)

其中，ΔE代表輻射的能量，h是普朗克常數(shù)，c是光速，v和λ分別是輻射光波的頻率與波長。EH和EL分別代表電子躍遷前后所占據(jù)的高能態(tài)和低能態(tài)軌道的能量。

[1]王碩.HVPE-GaN光致發(fā)光測試分析及應用研究[D].重慶師范大學,2020.DOI:10.27672/d.cnki.gcsfc.2020.000265.

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