發(fā)光的定義及特點(diǎn)課件

第2章發(fā)光的定義及特點(diǎn)本章重點(diǎn)發(fā)光的定義和特點(diǎn)發(fā)光與熱輻射的區(qū)別發(fā)光材料的分類方法發(fā)光現(xiàn)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程發(fā)光的幾個(gè)重要參數(shù)電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍一、光的本質(zhì)波粒二相性波動(dòng)性電學(xué)及磁學(xué)分量組成的互成90o簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)波長(zhǎng)和頻率兩個(gè)參量干涉、衍射現(xiàn)象電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍二、光的發(fā)射熱輻射任何高于0K的物體都會(huì)向外輻射能量連續(xù)光譜（光強(qiáng)隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系）隨著溫度的升高，輻射的總功率增大，輻射的光譜分布向短波方向移動(dòng)平衡輻射效率低（白熾燈10%，主要為紅外輻射）發(fā)光電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍日光燈發(fā)光有何特點(diǎn)呢？白色光燈管溫度不高，接近常溫顯然不是熱輻射發(fā)光效率比白熾燈高得多（80lm/W以上）日光燈的發(fā)光過(guò)程燈管內(nèi)的氣體（水銀蒸汽）放電產(chǎn)生紫外線（254nm）紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍發(fā)光不需要將發(fā)光材料加熱到高溫（如日光燈、顯像管等常溫下就可產(chǎn)生光發(fā)射）原因：電子在不同高能態(tài)上的分布偏離熱平衡分布從這些高能態(tài)的躍遷而來(lái)的光就會(huì)比相應(yīng)溫度下同樣波長(zhǎng)的發(fā)射強(qiáng)很多需要以某種方式把能量交給物體使電子升到一定高能態(tài)——激發(fā)過(guò)程只是在少數(shù)中心進(jìn)行，不會(huì)影響物體的溫度可以更有效地把外界提供的能量轉(zhuǎn)化成我們所需要的可見光電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍四、發(fā)光的特點(diǎn)冷光發(fā)光體和周圍環(huán)境的溫度幾乎是相同的，并不需要加溫只有個(gè)別中心得到能量，周圍大量的中心仍處于未被激發(fā)的狀態(tài)衰減（余輝）從外界吸收能量到放出光來(lái)，花費(fèi)一定時(shí)間。發(fā)出的光既有反映這個(gè)物質(zhì)特點(diǎn)的光譜，又有一定的衰減規(guī)律與反射光、散射光、契連科夫輻射等區(qū)分電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍契連科夫輻射

如果電子或其它帶電粒子在真空中具有很高的速度（接近光速），那么當(dāng)它進(jìn)入折射系數(shù)較大的物質(zhì)時(shí)，它的速度有可能大于光在該物質(zhì)中的速度。這種情況下，電子或其它帶電粒子能量的一部分會(huì)轉(zhuǎn)化為可見光或紫外光發(fā)射出去，這種現(xiàn)象是前蘇聯(lián)物理學(xué)家契連科夫首先發(fā)現(xiàn)的，被稱為契連科夫效應(yīng)。

電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍五、發(fā)光的分類以某種方式將能量交給物體使電子提升到一定高能態(tài)的過(guò)程稱為激發(fā)一般按激發(fā)能來(lái)源劃分機(jī)械發(fā)光——機(jī)械能（ZnS:Mn在振動(dòng)時(shí)發(fā)光）物理發(fā)光——物理能（進(jìn)一步劃分）化學(xué)發(fā)光——化學(xué)能（熒光棒）生物發(fā)光——生物化學(xué)能（螢火蟲）電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍1）氣體放電發(fā)光——只適合氣態(tài)物質(zhì)氣體中的帶電粒子（電子和離子）就會(huì)在電場(chǎng)的作用下加速帶電粒子氣體中的原子或分子碰撞電離產(chǎn)生新的電子和離子使原本不導(dǎo)電的氣體變得導(dǎo)電了電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍氣體放電總伴隨著光的發(fā)射氣體放電過(guò)程中，有的原子、分子或離子在碰撞過(guò)程中會(huì)被激發(fā)到高能態(tài)，從而會(huì)發(fā)出光來(lái)電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍激發(fā)還可以通過(guò)異類原子（或分子）間的共振能量傳遞間接地實(shí)現(xiàn)電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍2）固體發(fā)光A）有機(jī)材料B）無(wú)機(jī)材料晶體半導(dǎo)體發(fā)光二極管、激光器粉末熒光粉薄膜電致發(fā)光單晶薄膜發(fā)光粉混入介質(zhì)形成的薄膜直接制成的薄膜電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍物理發(fā)光

（根據(jù)激發(fā)方式分類）光致發(fā)光（Photoluminescence，PL）激發(fā)能為電磁輻射，如日光燈中的熒光粉發(fā)光，激發(fā)光主要為254nm紫外線陰極射線發(fā)光（CathodoLuminescence，CL）激發(fā)能為電子束的動(dòng)能，如CRT、FED等電致發(fā)光（ElectroLuminescence,EL）激發(fā)能為電場(chǎng)能高能粒子發(fā)光（x射線、高能粒子激發(fā)）電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍常見熒光粉器件的發(fā)光類型電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍6.發(fā)光材料一般按照激發(fā)的方式進(jìn)行分類正確下列器件熒光粉的發(fā)光類型分別是？陰極射線管陰極射線發(fā)光節(jié)能燈光致發(fā)光PDP光致發(fā)光冷陰極熒光燈光致發(fā)光白光LED（藍(lán)色芯片）光致發(fā)光器件名稱發(fā)光類型電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍六、材料發(fā)光所經(jīng)歷的主要過(guò)程激發(fā)發(fā)光必須首先從外界獲取能量將體內(nèi)的原子、分子或離子從基態(tài)激發(fā)到高能態(tài)輻射躍遷高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，粒子遲早會(huì)從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，釋放出吸收的能量如果能量是以光子的形式釋放出來(lái)的就稱之為輻射躍遷電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍注意并非所有被發(fā)光材料吸收的激發(fā)能都能轉(zhuǎn)化為光輻射輸出從高能態(tài)到基態(tài)的躍遷并非只有發(fā)光這一種方式無(wú)輻射躍遷能量傳輸電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍激發(fā)能量的傳輸He-Ne氣體放電發(fā)光熒光粉的發(fā)光電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍1、鹵粉的光譜2、加入紅粉后的光譜3、加入的紅粉光譜Sb3+Mn2+電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍2.4、表征發(fā)光的主要性能指標(biāo)1、激發(fā)光譜（發(fā)光材料特定波長(zhǎng)的發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)光波長(zhǎng)的關(guān)系。）確定對(duì)發(fā)光有貢獻(xiàn)的激發(fā)光波長(zhǎng)范圍的激發(fā)光譜橫坐標(biāo)：激發(fā)光波長(zhǎng)縱坐標(biāo)：發(fā)光強(qiáng)度（效率）通常為相對(duì)值電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍2.發(fā)射光譜在一定激發(fā)源的激發(fā)下，發(fā)光材料的發(fā)光能量或發(fā)光強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布光譜的線型：線譜寬帶譜線譜+寬帶譜橫坐標(biāo)：發(fā)射光波長(zhǎng)縱坐標(biāo)：發(fā)光強(qiáng)度（效率）通常為相對(duì)值Gauss函數(shù)表示電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍3.發(fā)光效率發(fā)光效率反映了材料吸收激發(fā)能量后轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿谋壤芰啃剩üβ市剩┌l(fā)光輻射能量與吸收能量之比量子效率輻射出的量子數(shù)與吸收的量子數(shù)之比流明效率發(fā)射的光通量與吸收的能量之比電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍4.發(fā)光的增長(zhǎng)與衰減發(fā)光的馳豫是發(fā)光的重要特征之一將激發(fā)停止后立即停止的發(fā)光稱為熒光人眼不可察覺(jué)激發(fā)停止后，延續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)光稱為磷光人眼可見隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，這種區(qū)分已經(jīng)變得不明確了，還有很多人沿用這兩個(gè)名稱電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍A）分立發(fā)光的衰減衰減過(guò)程激發(fā)態(tài)的壽命分立發(fā)光衰減的規(guī)律是指數(shù)式的激發(fā)態(tài)可以躍遷到不同的基態(tài)時(shí)只要始態(tài)能級(jí)相同，相應(yīng)的發(fā)光就有相同的衰減時(shí)間電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍B）復(fù)合發(fā)光假設(shè)兩類載流了數(shù)目相等，都等于n任何一個(gè)載流子都可以和異號(hào)的任何—個(gè)載流子復(fù)合電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍實(shí)用上將熒光粉的亮度下降到激發(fā)停止的瞬間亮度的10%所經(jīng)歷的時(shí)間稱作余輝時(shí)間顯示技術(shù)中常用的余輝劃分為了適應(yīng)人眼的頻率響應(yīng)特性，家用電視要求20~30ms以下的中（短）余輝熒光粉顯示管一般要求50ms至數(shù)百毫秒的長(zhǎng)余輝熒光粉三基色熒光粉的余輝特性要求基本一致（有時(shí)需要特意引入適當(dāng)?shù)拟鐒鏝i，Co等）電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍課堂練習(xí)激發(fā)光譜的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示什么參量橫坐標(biāo)：激發(fā)光的波長(zhǎng)縱坐標(biāo)：特定波長(zhǎng)（或譜帶）發(fā)射光的強(qiáng)度或光通量常見的激發(fā)光譜或發(fā)射光譜的縱坐標(biāo)一般為相對(duì)強(qiáng)度工程上將激發(fā)停止后發(fā)光強(qiáng)度降低到起始值的

所需的時(shí)間作為熒光粉的余輝時(shí)間10%正確電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院陳德軍思考題1、什么是發(fā)光，它有什么特點(diǎn)？2、發(fā)光和熱輻射有什么區(qū)別？3、發(fā)光所經(jīng)歷的主要物理過(guò)程有哪些？4、從發(fā)光經(jīng)歷的物理過(guò)程分析，如何才能保證日光燈具有較高的發(fā)光效率5、列舉常見的熒光粉器件，根據(jù)發(fā)光材料的激發(fā)方式說(shuō)明其中發(fā)光材料的發(fā)光類型6、什么是激發(fā)光譜，什么是發(fā)射光譜？7、發(fā)光效率有哪三種不同的表達(dá)形式，分別說(shuō)明之。8、一種日光燈用熒光粉的量子效率為0