固體發(fā)光復(fù)習(xí)大綱

1、2009-2010固體發(fā)光學(xué)復(fù)習(xí)提綱第一章概論發(fā)光的定義。發(fā)光的種類（按激發(fā)方式分）表色系：CIE色坐標(biāo)和CIE-xy色度圖的意義。R（紅）G（綠）B（藍(lán)）W（白）各色的色坐標(biāo)的大 致范圍。視見函數(shù)和亮度。Stokes定律。發(fā)光材料（詳見附錄）發(fā)光的應(yīng)用，特別注意那些重要的或有廣泛應(yīng)用的方面。發(fā)光中的物理問題。第二章發(fā)光材料及其特征發(fā)光材料的三種形態(tài)。哪些應(yīng)用使用粉末材料？哪些使用單晶，哪些用薄膜？什么叫基質(zhì)，激活劑，敏化劑？發(fā)光的幾個(gè)基本特性的定義。它們所代表的物理過程。激發(fā)光譜的意義。光譜的宏觀表示和微觀量的關(guān)系。P18 根據(jù)圖 2.12 推導(dǎo)式（2.16）和（2.17）。發(fā)光衰減的兩種主

2、要的表示形式。它和微觀過程的關(guān)系。發(fā)光效率的幾種表示。量子效率和衰減常數(shù)的關(guān)系。第三章群論簡介群的表示。不可約表示。特征標(biāo)。對稱群舉例。群表示的基函數(shù)。表示是否可約的判據(jù)。能級的簡并。微擾產(chǎn)生的能級分裂。第四章分立中心發(fā)光和復(fù)合發(fā)光自由離子的能級結(jié)構(gòu)和光譜項(xiàng)晶格場的作用。能級分裂的物理圖象。3d電子的能級分裂的特點(diǎn)。Dq的意義。Tanabe-Sugan圖。分裂能級的符號(hào)及其所代表 的意義稀土離子能級。泡利不相容原理，能量最低原理和Hund定則。如何利用它來確定基態(tài)。4f-4f躍遷禁戒的原因。解除禁戒的條件。第五章晶格弛豫與無輻射躍遷位形坐標(biāo)模型的物理意義。它能說明或解決的一些物理現(xiàn)象。如：電子

3、-聲子相互作用， Stokes頻移，發(fā)光線形，光譜的溫度依賴關(guān)系和發(fā)光的溫度猝滅。晶格與電子相互作用的含義。Frank-Condon原理（具體波動(dòng)方程解法不要求全都都能理 解）。用位形座標(biāo)模型來說明黃昆因子的物理意義。第六章發(fā)光動(dòng)力學(xué)分立中心發(fā)光的激發(fā)和衰減復(fù)合發(fā)光衰減的能帶模型復(fù)合發(fā)光的衰減規(guī)律。動(dòng)力學(xué)方程。準(zhǔn)恒穩(wěn)態(tài)。兩種主要的表示形式：單分子過程和 雙分子過程。熱釋發(fā)光的產(chǎn)生和應(yīng)用。TL曲線的分析（能級）。熱釋發(fā)光和熱激電導(dǎo)的關(guān)系。光致釋光及其應(yīng)用。第七章能量傳遞用實(shí)驗(yàn)判別能量傳遞的方法。敏化劑。敏化劑發(fā)光壽命與激活劑濃度的關(guān)系。能量傳遞的方式（通過載流子和激子的輸運(yùn)，無輻射共振能量傳遞）

4、。如何從實(shí)驗(yàn)上區(qū) 分無輻射共振能量傳遞和通過光的再吸收的能量傳遞。能量傳遞的幾率（多極子相互作用和交換作用）與敏化劑及激活劑距離的關(guān)系，與敏化 劑濃度的關(guān)系。S-S傳遞。4利用能量傳遞現(xiàn)象的意義和濃度猝滅現(xiàn)象。5上轉(zhuǎn)換發(fā)光和實(shí)驗(yàn)方法（激發(fā)態(tài)吸收和連續(xù)能量傳遞）。量子剪裁的模型。簡答題化學(xué)發(fā)光基本原理和應(yīng)用。（劉昌和）生物發(fā)光基本原理與實(shí)例。（劉晟）長余輝發(fā)光的兩個(gè)模型。（陸神洲）熱致釋光和光致釋光。（于方方）幾種復(fù)合發(fā)光的原理。分立發(fā)光中心的特點(diǎn)。納米發(fā)光材料的粒度和表面對發(fā)光特性（效率，峰值和顏色等）的影響。（馬磊）8 .白光LED的原理和熒光材料。9. X射線及高能粒子發(fā)光（閃爍體）原理。

5、（李輝）10 .激光基本原理。（孫杰）11.能量傳遞的方式和原理，應(yīng)用和意義。12 .可約表示的約化。稀土離子發(fā)光的原理和特點(diǎn)。分立發(fā)光中心的衰減。上轉(zhuǎn)換發(fā)光和實(shí)驗(yàn)方法（激發(fā)態(tài)吸收和連續(xù)能量傳遞）。（史治法）試述能帶結(jié)構(gòu)對躍遷幾率和發(fā)光效率的影響。第_章概論發(fā)光的定義：是物體內(nèi)部以某種方式吸收能量轉(zhuǎn)化為光輻射的過程。發(fā)光的種類（按激發(fā)方式分）：光致發(fā)光（PL）：以紫外線激發(fā)物體而發(fā)出可見光，如日光 燈。電致發(fā)光（EL）：是用電壓或電流施加于物體而發(fā)光。如發(fā)光二極管及薄膜電致發(fā)光 器件。陰極射線發(fā)光（CL）：是用電子束激發(fā)物體而發(fā)光。如示波管，電視顯像管。X射 線發(fā)光：是用X射線照射而產(chǎn)生的發(fā)光

6、。如X射線增感屏?；瘜W(xué)發(fā)光：通過化學(xué)反應(yīng)激發(fā) 的發(fā)光。還有生物發(fā)光，摩擦發(fā)光，聲致發(fā)光。表色系:。1色坐標(biāo)和CIE-xy色度圖的意義：以加法混合為基礎(chǔ)的生物物理方式一CIE（國 際照明委員會(huì)）表色體系；以顏色的色調(diào)、明度、飽和度3個(gè)特征為基礎(chǔ)的純生物方式一孟 塞爾表色體系。R（紅）G（綠）B（藍(lán)）W（白）各色的色坐標(biāo)的大致范圍：視見函數(shù)和亮度：國際照明委員會(huì)（CIE）根據(jù)許多人的大量觀察結(jié)果，用平均值的方法， 確定了人對各種波長的光的平均相對敏感度，稱為“標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者”的光譜光視效率，或稱 視見函數(shù)。亮度：不僅與客觀有關(guān)，而且與人的視覺有關(guān)，它是一個(gè)心理物理量，單位面積 的發(fā)光強(qiáng)度。Stok

7、es 定律：發(fā)光材料：激光材料：摻釹的釔鋁石榴石（Yttrium Aluminum Garnet），稀土激活的玻璃， 半導(dǎo)體材料。燈用材料：鹵磷酸鈣。長余輝材料。顯示顯像材料。閃爍晶體。發(fā)光的應(yīng)用，特別注意那些重要的或有廣泛應(yīng)用的方面：發(fā)光主要應(yīng)用于照明，顯示和激 光。（固體激光物質(zhì)，半導(dǎo)體激光器，核輻射線探測器）。第二章發(fā)光材料及其特征發(fā)光材料的三種形態(tài)：粉末、薄膜和單晶。哪些應(yīng)用使用粉末材料？哪些使用單晶，哪些使用薄膜？日光燈、電視機(jī)及計(jì)算機(jī)的顯象 管以及X光屏等日常生活隨處可見的東西都要用粉末狀無機(jī)材料。除了發(fā)光二極管和光盤必 需的半導(dǎo)體激光管已是眾所周知的，還有射線探測用的器件等都是單

8、晶。什么叫基質(zhì)，激活劑，敏化劑？材料的主要成分，也就是它的主體，在發(fā)光學(xué)的術(shù)語中， 稱為基質(zhì)（host）。其二是有意摻入的少量成分，稱為激活劑（activator）。激活劑對發(fā)光 的性能有重要的作用，能夠影響甚至決定發(fā)光的亮度和顏色以及其它性能。第二種摻質(zhì)起改 善或改變發(fā)光性能的作用，叫共激活劑（co-activator），那些能夠明顯增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度的另加 雜質(zhì)叫敏化劑（sensitizer）。發(fā)光的幾個(gè)基本特性的定義。它們所代表的物理過程。激發(fā)光譜的意義。光譜的宏觀表示 和微觀量的關(guān)系。發(fā)射光譜：是指發(fā)光強(qiáng)度隨波長（或頻率）的變化。一種是譜帶，即在一定波長范圍內(nèi)（幾百 埃甚至上千埃）發(fā)射能量的

9、分布是連續(xù)變化的，另一種是線譜，即光譜由許多強(qiáng)弱不同的譜 線組成。吸收光譜（Absorption Spectrum）：吸收光譜是吸收系數(shù)）a （vj隨頻率v或波長湖勺變 化情況。吸收光譜形狀，也和發(fā)射光譜相似，有的是帶譜，有的是線譜。激發(fā)光譜:某一譜 線或譜帶的強(qiáng)度隨激發(fā)光波長（或頻率）的變化。激發(fā)譜反映不同波長的光激發(fā)材料的效果， 對激發(fā)光譜的研究對分析發(fā)光的激發(fā)過程是很有意義的。發(fā)光的衰減：當(dāng)激發(fā)停止后，發(fā) 光并不立即消失，而能持續(xù)一段時(shí)間。這個(gè)持續(xù)來自各高能態(tài)的壽命。由于發(fā)光過程的不 同，持續(xù)的發(fā)光可以指數(shù)式衰減，也可以雙曲線式衰減。持續(xù)的時(shí)間可達(dá)幾分鐘，也可是毫 微秒。材料因應(yīng)用場合不

10、同，對衰減快慢要求也不同。我們就把實(shí)驗(yàn)測出的宏觀量吸收光譜 和量子力學(xué)的微觀量聯(lián)系起來，實(shí)際上，也是把吸收光譜和躍遷幾率聯(lián)系起來。發(fā)光衰減的兩種主要的表示形式。它和微觀過程的關(guān)系。衰減是形式1時(shí)，假定發(fā)光材料中有某種離子被激發(fā)。在激發(fā)停止后，在時(shí)間為時(shí)處于激發(fā)態(tài)的電子數(shù)為n,而電子躍遷回到基態(tài)的幾率為a,則在dt時(shí)間內(nèi)激發(fā)態(tài)電子減少的數(shù)目為 -dn=andt，發(fā)光強(qiáng)度I正比于電子數(shù)減少的速率-dn/dt，因此I =I exp（-at），其中I =an代表激 000發(fā)剛停止時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度，也就是衰減開始時(shí)的（t=0時(shí)的）強(qiáng)度。寫成I=I0exp（-t/T），T=1/a 稱為發(fā)光的壽命。它是發(fā)光強(qiáng)度

11、衰減到1/e所需的時(shí)間?？梢宰C明，t也是電子在激發(fā)態(tài)存在 的平均壽命。在半對數(shù)坐標(biāo)紙上作圖，得到的是一條直線。直線斜率就是t的值。t的長短視 材料而有很大差別，可以短到毫微秒，長到秒的量級。對有些材料，衰減并不是簡單的指數(shù) 式，而可能是兩個(gè)指數(shù)式或更多的指數(shù)式之和。衰減是形式2時(shí)，假設(shè)發(fā)光體是由于異號(hào)載 流子（電子和空穴）的復(fù)合而被激發(fā)，在激發(fā)停止時(shí)如果兩種載流子數(shù)量各為個(gè)，在激發(fā) 0后t時(shí)間載流子數(shù)目為這時(shí)n的減少速率應(yīng)為dn/dt =pn2這里p為復(fù)合速率常數(shù)。發(fā)光的強(qiáng) 度I正比于載流子數(shù)的復(fù)合速率dn/dt，從而It-2是幕函數(shù)式的衰減，在許多無機(jī)磷光體的發(fā) 光中頗為常見，不過它們的幕數(shù)

12、不是2而是介于1和2之間。發(fā)光效率的幾種表示。量子效率和衰減常數(shù)的關(guān)系。功率效率是發(fā)射光的功率與輸入或吸收的功率之比。能量效率顯然是指二者的能量之比。在 光致發(fā)光中，習(xí)慣用能量效率這個(gè)詞，指的是發(fā)射的光能量與發(fā)光體吸收的能量之比，凡是 被材料反射、散射或由于其它原因而損失的光都不能計(jì)算進(jìn)去。在電致發(fā)光或陰極射線發(fā)光 中，則常叫做功率效率。在這種情況下，只考慮輸入的功率。以門代表功率（能量）效率， 以P和P分別表示發(fā)光功率和吸收功率，則叩=P/ P。 f xf x量子效率ng是發(fā)光體發(fā)射的光子數(shù)np它所吸收的光子數(shù)Nx之比，n=Nf/Nx。在電致發(fā)光中，N可以用來表示產(chǎn)生發(fā)光的電子的數(shù)目。在光致

13、發(fā)光的情況，有些材料如幾種常用的熒光 x粉和一些有機(jī)材料，量子效率可以大到接近100%，即幾乎全部吸收的光子都轉(zhuǎn)換成發(fā)光光 子。但是由于發(fā)光的波長和激發(fā)光波長之間存在Stokes位移，即發(fā)光波長長于激發(fā)光波長， 因此能量效率不可能接近1。流明（光度）效率是發(fā)光體發(fā)出的總光通量L與消耗的功率W之比。nl=L/W，單位為流明/ 瓦（lm/W）。流明這個(gè)量是和人眼對各種波長的敏感度有關(guān)的。第四章分立中心發(fā)光和復(fù)合發(fā)光1.自由離子的能級結(jié)構(gòu)和光譜項(xiàng)能級決定發(fā)射譜線的頻率，能級間的躍遷幾率決定它們的強(qiáng)度，而離子和晶格的耦合既影 響能級的結(jié)構(gòu)又影響躍遷的幾率等。在原子或離子中，每個(gè)電子的狀態(tài)決定于四個(gè)量子

14、數(shù)： 即主量子數(shù)，軌道量子數(shù)I，磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)&這些量子數(shù)的取值多為整數(shù)， 只有自旋量子數(shù)是分?jǐn)?shù)。它們都服從以下規(guī)則：n=1，2,，ln，m=-l，-1+1，.0，1，.l， 片1/2。每一個(gè)n值對應(yīng)著不同的電子殼層。在同一殼層中，每一個(gè)l值可容許2（21+1）個(gè) 電子，形成一個(gè)組態(tài)。自旋量子數(shù)之間也有相互作用，總自旋量子數(shù)S同樣是各自旋量 子數(shù)的矢量和，只許取整數(shù)或半奇數(shù)。對于各種離子的基態(tài)能級，可以用Hund定則來決 定，這個(gè)定則如下：第一，S值必定是最大的。第二，乙值也必須是最大的。第三，在組態(tài) 為半滿（d組態(tài)中含5個(gè)電子或f組態(tài)中含7個(gè)電子稱為半滿）以前，最小的（值能量最低。半 滿以后，最大/值能量最低。在晶體中，離子若要在光頻范圍有發(fā)射，它的最低激發(fā)態(tài)應(yīng)低于導(dǎo)帶底較多?；|(zhì)的禁帶 也應(yīng)該較寬（所以它們一般都是透明的，并且只能用紫外光激發(fā)）。否則激發(fā)時(shí)，電子就 可能直接到達(dá)導(dǎo)帶或由激發(fā)態(tài)通過熱激活而進(jìn)入導(dǎo)帶。嗣后的發(fā)光就不能保證一定是該中 心的發(fā)光，而可能是復(fù)合發(fā)光，例如是導(dǎo)帶電子和某種受主俘獲的空穴的復(fù)合。這種情況 雖然