材料的光学性质.pptVIP

激发光谱 材料发射某一种特定谱线（或谱带）的发光强度随激发光波长而变化的曲线。 激发光谱反映材料从基态始发的向上跃迁过程。由此给出有关材料能级和能带结构信息，也可找出使材料发光的最有效的光激励波长。 能够引起材料发光的激发波长也一定是材料可以吸收的波长，但 激发光谱≠吸收光谱（因为有的材料吸收光后不一定会发射光，它 可把吸收的光能转化为热能而耗散掉，对发光没有贡献的吸收是不 会在激发光谱上反映的）。 发光寿命 发光体在激发停止后持续发光时间的长短称为发光寿命（荧光寿命或余辉时间）。 发光寿命定义为光强I衰减到初始值I0的1/e所经历的时间。 余辉时间约定为为光强I衰减到初始值I0的1/10的时间。 α表示电子在单位时间内跃迁到基态的概率。 根据余辉时间的长短把发光材料分为：超短余辉（1μs）、短余辉（1~10μs）、中短余辉（ 10-2~10μs ）、中余辉 （ 1~100ms ）、长余辉（0.1~1s）、超长余辉（1s）六个范围。不同应用目的对材料的发光寿命有不同的要求。 发光效率－三种表示方法 ηq 、 ηp、 ηl分别为量子效率、功率效率和光度效率；nout、nin、pout、pin、L分别为发射光子数、入射光子数、发光功率、吸收光的功率（或输入的电功率）和发射的光通量。Φ(λ)为人眼的视见函数，I(λ)为发光功率的光谱分布函数，D为光功当量。 2. 复合发光 源于固体本征态的辐射跃迁 固体能带模型描述（限于最高能隙Eg内） 如II-VI、III-V族半导体发光 1. 分立中心发光 固体中局域中心内部电子态间的辐射跃迁 位形坐标描述 如稀土离子发光（宽禁带绝缘体材料） 发光分类 固体材料的发光有两种微观物理过程：分立中心发光和复合发光 材料的光发射 4、发光的物理机制 其发光中心通常是掺杂在透明基质材料中的离子，或基质材料自身结构的某一个基团。 选择不同的发光中心和不同的基质组合，可以改变发光体的发光波长，调节其光色。 发光中心分布在晶体点阵中，受晶体点阵作用，其能量状态发生变化，进而影响材料的发光性能。 分立中心发光 — RE3+发光，杂质、缺陷发光 根据发光中心与晶体点阵之间相互作用的强弱可分为两种情况： 发光中心基本上是孤立的，它的发光光谱与自由离子相似； 发光中心受基质点阵电场（或晶体场）影响较大，其发光特性与自由离子不同，必须把中心和基质作为一个整体来分析。 稀土离子发光： “4f?4f”电子组态间的跃迁 如Tb3+, Eu3+, Gd3+ , Pr3+ …线谱，禁戒部分解除 “4f?5d”电子组态间的跃迁 如Ce3+带谱，允许跃迁 特点：及其丰富的能级，具有光谱的可调性。 在＋3价镧系离子的4fn组态中共有1639个能级，能级之间可能的跃迁数目 高达199177个。 复合发光 1. 固体“导带电子-价带空穴”间的复合 2. “导带电子-受主A（空穴）”或“价带空穴-施主D（电子）”或“D-A”复合 3. 激子（“e-h”）或束缚激子的复合 复合发光时电子跃迁涉及固体的能带。电子被激发到导带时价带上 留下一个空穴，因此当导带的电子回到价带与空穴复合时，便以光 的形式放出能量，这种发光过程叫复合发光。 复合发光效率： 带间跃迁 直接—高? （仅有光子参与的电子跃迁） 间接—低? （有光子和声子同时参与的电子跃迁） 发光二极管原理 半导体发光二极管（LED）是在半导体P-N结或类似的结构中通以正向电流，以 高效率发出可见光或红外辐射的器件。 N型：自由电子导电 P型：空穴导电 载流子的扩散 材料的交界处现成空间电荷 N区一侧带正电，P区一侧带负电，形成PN结 PN结内的电场方向阻止电子和空穴的进一步扩散 PN结上施加正向电压，势垒减弱，大量电子和空穴 流动相遇而产生复合发光。 LED护栏管 LED路牌 LED 荧光与磷光 一些陶瓷和半导体材料受激发光，当外界激发源去除，发光现象随即很快消失(10-8s)，称为荧光。以辐射跃迁形式回到基态，S1 S0 。 另一类含有杂质和缺陷的材料，这些杂质在能隙中引入了施主能级，被激发到导带中的电子在返回价带之前，先落入施主能级并被俘获停留一段较长时间，电子在逃脱这个陷阱之后再返回价带中的低能级，这时相应地放出光子。这种发光能持续一段较长的时间(10-3s～10s) ，便称为磷光。体系间窜跃S1 T1，后T1 S0禁阻跃迁发出磷光。 材料的光发射 4、材料的发光性能 荧光发光是被激发的电 子跳回价带时，同时发 射光子。 发磷光的材料往往含有 杂质并在能隙附近建立 了施主能级，当激发的 电子从导带跳回价带时， 首先跳到施主能级并被 捕获。在它跳回价带时 电