光致發光

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物體依賴外界光源進行照射，從而獲得能量，產生激發導致發光的現象，它大致經過吸收、能量傳遞及光發射三個主要階段，光的吸收及發射都發生於能級之間的躍遷，都經過激發態。而能量傳遞則是由於激發態的運動。紫外輻射、可見光及紅外輻射均可引起光致發光。如磷光與熒光。 光致發光（Photoluminescence，簡稱PL）是冷發光的一種，指物質吸收光子（或電磁波）後重新輻射出光子（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吸收光子躍遷到較高能級的激發態後返回低能態，同時放出光子的過程。光致發光可按延遲時間分為熒光（Fluorescence）和磷光（Phosphorescence）。

目錄

應用

光致發光最普遍的應用為日光燈。它是燈管內氣體放電產生的紫外線激發管壁上的發光粉而發出可見光的。其效率約為白熾燈的5倍。此外,「黑光燈」及其他單色燈的光致發光廣泛地用於印刷、複製、醫療、植物生長、誘蟲及裝飾等技術中。上轉換材料則可將紅外光轉換為可見光，可用於探測紅外線，例如紅外激光的光場等。

光致發光可以提供有關材料的結構、成分及環境原子排列的信息，是一種非破壞性的、靈敏度高的分析方法。激光的應用更使這類分析方法深入到微區、選擇激發及瞬態過程的領域，使它又進一步成為重要的研究手段，應用到物理學、材料科學、化學及分子生物學等領域，逐步出現新的邊緣學科。

光致發光是一種探測材料電子結構的方法，它與材料無接觸且不損壞材料。光直接照射到材料上，被材料吸收並將多餘能量傳遞給材料，這個過程叫做光激發。這些多餘的能量可以通過發光的形式消耗掉。由於光激發而發光的過程叫做光致發光。光致發光的光譜結構和光強是測量許多重要材料的直接手段。

光激發導致材料內部的電子躍遷到允許的激發態。當這些電子回到他們的熱平衡態時，多餘的能量可以通過發光過程和非輻射過程釋放。光致發光輻射光的能量是與兩個電子態間不同的能級差相聯繫的，這其中涉及到了激發態與平衡態之間的躍遷。激發光的數量是與輻射過程的貢獻相聯繫的。

光致發光可以應用於：帶隙檢測，雜質等級和缺陷檢測，複合機制以及材料品質鑑定。

產生

激發態的分布按能量的高低可以分為三個區域。低于禁帶寬度的激發態主要是分立中心的激發態。關於這些激發態能譜項及其性質的研究，涉及到雜質中心與點陣的相互作用，可利用晶體場理論進行分析。隨着這一相互作用的加強，吸收及發射譜帶都由窄變寬，溫度效應也由弱變強，特別是猝滅現象變強，使一部分激發能變為點陣振動。在相互作用較強的情況下，激發態或基態都只能表示中心及點陣作為一個統一系統的狀態。通常用位形坐標曲線表示。電子躍遷一般都在曲線的極小值附近發生。但是，近年關於過熱發光的研究，證明發光也可以從比較高的振動能級起始，這在分時光譜中可得到直觀的圖像，反映出參與躍遷的聲子結構。 接近禁帶寬度的激發態是比較豐富的，包括自由激子、束縛激子及施主-受主對等。當激發密度很高時,還可出現激子分子，而在間接帶隙半導體內甚至觀察到電子－空穴液滴。 激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成電磁激子(excitonic polariton)。束縛激子的發光是常見的現象，它在束縛能上的微小差異常被用來反映束縛中心的特徵。在有機分子晶體中，最低的電子激發態是三重激子態，而單態激子的能量幾乎是三重態激子能量的兩倍。分子晶體中的分子由於近鄰同類分子的存在,會出現兩種效應：「紅移」(約幾百cm)及「達維多夫劈裂」。這兩種效應對單態的影響都大於對三重態的影響。 能量更高的激發態是導帶中的電子，包括熱載流子所處的狀態。後者是在能量較高的光學激發下。載流子被激發到高出在導帶（或價帶）中熱平衡態的情況，通常可用電子（或空穴）溫度（不同於點陣溫度）描述它們的分布。實驗證明，熱載流子不需要和點陣充分交換能量直至達到和點陣處於熱平衡的狀態即可複合發光，儘管它的複合截面較後者小。熱載流子也可在導帶（或價帶）內部向低能躍遷。這類發光可以反映能帶結構及有關性質。 激發態的運動是發光中的重要過程，能量傳遞是它的一個重要途徑。分子之間的能量傳遞幾率很大，處於激發態的分子被看作是激子態。無機材料中的能量傳遞也非常重要，在技術上已得到應用。無輻射躍遷是激發態弛豫中的另一重要途徑。對發光效率有決定性的影響。