光致发光和电致发光谱课件.pptVIP

光致发光，电致发光谱张红敏2007221402031

光辐射有平衡辐射和非平衡辐射两大类，即热辐射和发光。任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此温度下处于热平衡状态的辐射(红光、红外辐射)。非平衡辐射是指在某种外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态，如果物体在回复到平衡态的过程中，其多余的能量以光辐射的形式释放出来，则称为发光。因此发光是一种叠加在热辐射背景上的非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周期。2

因此，物体发光有以下两个基本特征。1.任何物体在一定温度下都具有平衡热辐射，而发光是指吸收外来能量发出的总辐射中超出平衡热辐射的部分。2.当外界激发源对材料的作用停止后，发光还会持续一段时间，称为余这是固体发光与其他光发射现象的根本区别。一般以持续时间10-8s为分界，短于10-8s的称为荧光，长于10-8s的称为磷光。3

一.光致发光谱光致发光发光基本原理12光致发光光谱的实验装置及方法光致发光的应用34

1.1.光致发光的基本原理1.1光致发光的定义所谓光致发光（Photoluminescence简称PL），是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象。也指物质吸收光子（或电磁波）后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。光致发光是多种形式的荧光（Fluorescence）中的一种。5

1.2光致发光的基本原理设一系统的能级结构如图，E为基态能量，E-E为激发态，受到160激发后，若系统从能级E跃迁到E，由于从E-E能级间相距很近，可0通过非辐射性级联过程发射声子，由E5能级降到E能级，从E到E或E525221的能级间距较大，则可能通过发射光子的辐射性跃迁来完成，这时就0可观测到发光，在这种情况下发射的光子能量分别为非辐射衰变过程E6E5E4E3E2激发过程辐射衰变过程E1E06

（1）发光中心进行辐射跃迁过程的实体即是发光中心，它是发光体中被激发的电子跃迁回基态(或与空穴复合)发射出光子的特定中心。发光体吸收外界的能量以后，经过传输、转换等一系列过程，最后以光的形式发射出来。光的发射对应着电子在某些能级之间的跃迁。如果所涉及的能级是属于一定的离子、离子团或分子时，这种离子、离子团或分子就称为发光中心。分立发光中心被激发的电子没有离开中心而回到基态产生发光。复合发光中心电子被激发后离化，与空穴通过特定中心复合产生发光。7

两种不同形式的发光光致发光大致经历吸收、能量传递和光发射三个主要阶段。光的吸收和发射都是发生在能级之间的跃迁，都经过激发态，而能量传递则是由于激发态的运动，激发光辐射的能量可直接被发光中心吸收，也可被发光材料的基质吸收。在第一种情况下，发光中心吸收能量向较高能级跃迁，随后跃迁回到较低能级或基态能级而产生发光。在第二种情况下，基质吸收光能，在基质中形成电子空穴对，他们可能在晶体中运动，或被束缚在各个发光中心上，电子与空穴复合而引起发光，这种发光叫做复合发光。8

当发光中心离子处于基质的能带中时，会形成一个局域能级，处在基质导带和价带之间，即位于基质的禁带中。不同的基质结构，发光中心离子在禁带中形成的局域能级的位置部同．从而在光激发下．会产生不同的跃迁、导致不同的发光色。9

（2）位形坐标图位形坐标曲线是解释电子－声子相互作用的一种物理模型，用一个坐标来代表离子的位置，作为横轴；纵轴表示电子-离子系统的能量，包括电子能量和离子势能，这就是位形坐标曲线。如图，曲线代表离子位置变化时系统的能量的改变情况，也可以看作是电子在某一状态时离子的势能曲线。横轴是离子位置，纵轴是能量。下面一条曲线是在基态时系统的能量随位形坐标的变化，上面一条对应电子在激发态时系统的能量随位形坐标的变化。A到B是吸收，C到D代表发光，E是电子基态和激发态的能量差，水平短横线代表离子的振动能级。10

（3）吸收光谱（Absorptionspectrum）吸收光谱是描述吸收系数随入射光波长变化的谱图，发光材料对光的吸收遵循式中——波长为A的人射光的初始强度；——入射光通过厚度为x的发光材料后的强度；——不随光强但随波长变化的一个系数，称为吸收系数。发光材料的吸收光谱主要决定于材料的基质，而激活剂和其他杂质对吸收光谱也有一定的影响。多数情况下，发光中心是一个复杂的结构，发光材料基质晶格周围的离子对它的性质会产生影响。被吸收的光能一部分辐射发光，一部分能量以晶格振动等非辐射方式消耗掉。大多数发光材料主吸收带在紫外光谱区。发光材料的紫外吸收光谱可由紫外一可见分光光度计来测量。11

（4）激发光谱（Excitationspectrum）激发光谱是指发光材料在不同波长光的激发下