生物光子學(xué)2-光子學(xué)與光譜學(xué)基礎(chǔ)01

主講人：劉立新lxliu@西安電子科技大學(xué)生物光子學(xué)生物光子學(xué)，是由生命科學(xué)和光子學(xué)這兩者交叉融合所形成的一門新興學(xué)科。定義為產(chǎn)生和控制光以及其他以光子為單位的輻射能的技術(shù)；生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)Vs.生物醫(yī)學(xué)光學(xué)生物光子學(xué)的發(fā)展和成長融合了20世紀(jì)的三大科技革命，包括量子理論的革命（1900-1950s）、技術(shù)革命（1940s-1950s）和基因組學(xué)革命（1950s-2000）。量子理論革命奠定了光子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，技術(shù)革命為生物學(xué)的研究提供了重要的工具，而基因組學(xué)革命則將生物光子學(xué)的研究推向一個(gè)新的高度；生物光子學(xué)的研究內(nèi)容包括：光子學(xué)和組織光學(xué)、生物光子學(xué)中的光子器件、探測及成像、生物醫(yī)學(xué)診斷、介入和治療以及用于蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)中的各種先進(jìn)的技術(shù)；內(nèi)容回顧2生物光子學(xué)的前沿學(xué)科，比如單分子檢測和追蹤、超衍射極限成像、多模式復(fù)合功能成像、納米光子學(xué)、光動(dòng)力療法、小型化的檢測與成像等；各種新技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中獲得迅速而廣泛的應(yīng)用：激光掃描顯微鏡、激光光源、OCT以及生物發(fā)光等；由于單個(gè)細(xì)胞中的遺傳變異的逐漸積累導(dǎo)致癌癥等疾病的發(fā)生。因此生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)能夠提供可鑒別編碼于人類基因組中導(dǎo)致癌癥發(fā)生的基因子集的工具。人們正在研發(fā)光子技術(shù)，以識(shí)別可以區(qū)別癌變細(xì)胞與正常細(xì)胞的分子變化，這種技術(shù)最終有助于表征及預(yù)測癌細(xì)胞的病理行為和細(xì)胞對藥物治療的反應(yīng)。內(nèi)容回顧3第2章光子學(xué)與光譜學(xué)基礎(chǔ)2.1光在界面上的反射和折射2.2光的本質(zhì)－波粒二象性2.3光子的吸收、發(fā)射和散射2.4光波的干涉和衍射2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜2.6激光與非線性光學(xué)本章內(nèi)容光入射到兩種折射率不同的介質(zhì)的分界面將發(fā)生反射和折射，分別遵守反射定律和斯涅耳定律。2.1光在界面上的反射和折射反射定律：反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。反射光線和入射光線位于法線兩側(cè)，且與界面法線的夾角相等。入射角反射角6斯涅爾定律（Snell’sLaw）描述光的折射現(xiàn)象；入射光線和折射光線位于同一平面內(nèi)，且與界面法線的夾角滿足如下關(guān)系：n1sin1=n2sin

2其中，n1和n2分別是兩種介質(zhì)的折射率，

1和

2分別是入射光和折射光與界面法線的夾角，稱為入射角和折射角。2.1光在界面上的反射和折射7全反射：當(dāng)光從光密（折射率大）介質(zhì)入射到光疏（折射率?。┙橘|(zhì)的界面時(shí)，發(fā)生光的部分反射和折射現(xiàn)象；當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光線會(huì)停止進(jìn)入光疏介質(zhì)，而全部反射回光密介質(zhì)。2.1光在界面上的反射和折射臨界角是發(fā)生全內(nèi)反射的最小入射角。入射角是由折射界面的法線量度。臨界角（

C）可從以下方程計(jì)算（這時(shí)折射角為90o）：8全內(nèi)反射：2.1光在界面上的反射和折射若n1大于n2，例如折射率為n1的是玻璃，折射率為n2的是液體溶液。當(dāng)光發(fā)生全反射時(shí)，光會(huì)在玻璃界面上完全反射而不進(jìn)入液體溶液中。實(shí)際上，由于波動(dòng)效應(yīng)，有一部分光的能量會(huì)穿過界面滲透到溶液中，是一種非均勻波，叫做消逝波，也稱隱失波或倏逝波。其在第二介質(zhì)中的有效進(jìn)入深度約為一個(gè)波長。

消逝波激發(fā)在一個(gè)波長范圍之內(nèi)的熒光分子發(fā)出熒光消逝波。它沿著入射面上的介質(zhì)邊界傳播，在平行界面方向以平行波場方式傳播，而在垂直界面方向則是呈指數(shù)衰減。對于可見光波長而言，浸透深度為～100nm?！珒?nèi)反射熒光顯微術(shù)消逝波92.1光在界面上的反射和折射海市蜃樓是由光的折射和全反射原理所生成。光線從較密的介質(zhì)（冷空氣）進(jìn)入到較疏的介質(zhì)（近地面的熱空氣）——下現(xiàn)蜃景；反之出現(xiàn)上現(xiàn)蜃景。全內(nèi)反射的應(yīng)用10下現(xiàn)蜃景上現(xiàn)蜃景全內(nèi)反射的應(yīng)用2.1光在界面上的反射和折射全反射棱鏡：橫截面是等腰直角三角形的棱鏡。自行車尾燈全反射棱鏡在潛望鏡中的應(yīng)用雙筒望遠(yuǎn)鏡中的全反射棱鏡11一根光纖傳輸?shù)男畔⒘康扔谝皇|線全內(nèi)反射的應(yīng)用2.1光在界面上的反射和折射光導(dǎo)纖維12臨床應(yīng)用中要傳輸這幅圖像需要至少1M根光纖以上光纖束能用來將圖像從一點(diǎn)傳輸?shù)搅硗庖稽c(diǎn)全內(nèi)反射的應(yīng)用2.1光在界面上的反射和折射132.1光在界面上的反射和折射2.2光的本質(zhì)－波粒二象性2.3光子的吸收、發(fā)射和散射2.4光波的干涉和衍射2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜2.6激光與非線性光學(xué)本章內(nèi)容14關(guān)于光本質(zhì)的兩種說法牛頓的微粒說（1680年）惠更斯的波動(dòng)說（1690年）在牛頓時(shí)代，人們只知道光的反射與光的折射，即所謂的幾何光學(xué)，利用這兩個(gè)學(xué)說，都能得到解釋；在解釋光的折射時(shí)，波動(dòng)說要求光的傳播速度在折射率大的介質(zhì)里要慢些，而微粒說要求它的速度要大些，不過在17、18世紀(jì)，沒有精確的測定光速的方法，所以兩個(gè)學(xué)說并存，誰也戰(zhàn)勝不了誰。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性15關(guān)于光本質(zhì)的兩種說法19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)許多新的現(xiàn)象，包括光的干涉、衍射與偏振等，干涉與衍射是波動(dòng)所共有的現(xiàn)象，對于這些新現(xiàn)象，微粒說遇到了困難；與此同時(shí)，光速度測定也有了比較精確的測定方法，結(jié)果證明波動(dòng)說是正確的；隨后麥克斯韋創(chuàng)立了電磁波學(xué)說，證明電磁也有波動(dòng)。19世紀(jì)末，由于電磁波學(xué)說不能解釋黑體輻射現(xiàn)象，普朗克在1900年發(fā)表了量子論，愛因斯坦推廣普朗克的量子論，在1905年發(fā)表了光子學(xué)說，圓滿解釋了光電效應(yīng)；隨著康普頓效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，光子說得到實(shí)驗(yàn)支持又重新興起。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性16光的本質(zhì)——波粒二象性光是一種能在真空和介質(zhì)中以波動(dòng)形式傳播的，由振動(dòng)的電波和磁波組成的電磁波，同時(shí)也是一種叫做光子的能量包。凡是與光的傳播有關(guān)的各種現(xiàn)象，如衍射、干涉和偏振，必須用波動(dòng)說來解釋，凡是與光和物質(zhì)相互作用有關(guān)的各種現(xiàn)象，如物質(zhì)的光吸收與發(fā)射、光電效應(yīng)和光散射（康普頓效應(yīng)），都必須用光子說來解釋。光在真空中和介質(zhì)中的速度不同，二者的比值是介質(zhì)的折射率。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性17光

電磁波光粒子振動(dòng)的磁場(B)振動(dòng)的電場(E)每個(gè)光子的能量=hn=光子數(shù)=E(h)p=每個(gè)光子的動(dòng)量=h=hch=Planck常數(shù)=6.6310-34Js,波長，為兩個(gè)相鄰波峰之間的距離,頻率，為每秒經(jīng)過空間一點(diǎn)的波的數(shù)目c,光速=3108m/s=ck，單位長度所包含的波長的數(shù)目（波數(shù)）k=c=12.2光的本質(zhì)－波粒二象性18波長、振幅定義2.2光的本質(zhì)－波粒二象性19作為波的光：電磁波電磁波譜：一系列以波長、頻率或波數(shù)為函數(shù)的電磁波的分布，從長波的射頻端到短波長的宇宙射線。光學(xué)頻譜區(qū)：從遠(yuǎn)紅外IR到真空紫外UV。通常所說的光范圍更窄，指可見光范圍。根據(jù)光的頻域的不同，用不同的單位來表征。可見光區(qū)：nm為波長單位；或cm-1為波數(shù)單位近紅外和中紅外區(qū)：以m為波長單位中紅外到遠(yuǎn)紅外區(qū)：以cm-1為波數(shù)單位2.2光的本質(zhì)－波粒二象性20作為波的光：電磁波區(qū)域Far-IRMid-IRNear-IRVisibleUVVacuumUV波長(nm)5000-1062500-5000700-2500400-700200-400100-200波數(shù)

(cm-1)200-104000-2001.4104-40002.5104-1.41045104-2.5104

105-5104光譜區(qū)域2.2光的本質(zhì)－波粒二象性21作為波的光的傳播光與生物分子的相互作用大部分都與電有關(guān)，因此，對光波的描述采用振動(dòng)電場E，既有方向也有大??；E垂直于波的傳播方向和磁場B的方向（右手定則）；偏振或極化：光振動(dòng)方向相對光傳播方向不對稱的性質(zhì)線偏振：傳播方向上在每一點(diǎn)的電場方向在同一平面內(nèi)；圓偏振：光場矢量在與傳播方向垂直的平面內(nèi)各向均等分布；橢圓偏振：光場矢量在垂直傳播方向的平面內(nèi)大小和方向都改變。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性22x線偏振光沿z方向的傳播2.2光的本質(zhì)－波粒二象性23圓偏振光的傳播2.2光的本質(zhì)－波粒二象性24沿z方向傳播的光場，其振動(dòng)電場E(z,t)表示為：E0：光場的電場振幅，：光場的角頻率2，k：傳播矢量（波矢）。波矢表征了光波相對于參考點(diǎn)（z=0）的相位，即kz為相對于參考點(diǎn)的相對相移。：介電常數(shù)，對光波而言等于n2，n為介質(zhì)的折射率。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性25

兩列波之間的相移示意圖2.2光的本質(zhì)－波粒二象性26光波在介質(zhì)中的速度相速度描述單個(gè)波的波前即等相位面的移動(dòng)，即電磁波穿過介質(zhì)的的速度。對于折射率為n的介質(zhì)，相速度為：群速度描述一個(gè)由許多一起傳播的波組成的波包的傳播，指等振幅面的傳播速度。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性27色散介質(zhì)的折射率是波長的函數(shù)，隨波長而變。正常的色散現(xiàn)象是，波長減小，折射率增大，因此相速度隨波長的增大而增大，即紅光比藍(lán)光傳播得快。波包的群速度表現(xiàn)類似。群速度色散效應(yīng)：對不同波長的群速度的擴(kuò)散。一個(gè)在介質(zhì)如光纖中傳播的短脈沖在傳播過程中會(huì)由于群速度色散而展寬，因?yàn)楣饷}沖光譜中的藍(lán)波成分與紅波成分相比會(huì)有所延遲。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性28作為粒子的光：光子光的波動(dòng)理論不能解釋光的能量被吸收或散射的方式。光與粒子如電子的相互作用既包括能量的交換，又包括動(dòng)量的交換。這些過程只有假設(shè)光的粒子性才能解釋。光子和電磁波的能量都是量子化的，而不是連續(xù)可變的。一個(gè)電磁波的最小能量單位是光子的能量（hν）?？偰芰康扔贜h，其中N是光子數(shù)目：2.2光的本質(zhì)－波粒二象性29作為粒子的光：光子光子的量子化能量被用于描述物質(zhì)對光的吸收、發(fā)射或散射。光子作為粒子還攜帶動(dòng)量：當(dāng)光子被另一個(gè)粒子散射而改變方向或當(dāng)它被一個(gè)介質(zhì)表面折射時(shí)，可以利用光的動(dòng)量。光子的傳播方向的改變產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)量的改變并能產(chǎn)生一個(gè)可捕捉粒子的力?！嗽肀挥糜谏锛?xì)胞的光學(xué)捕獲并成為光鑷操作的基礎(chǔ)。2.2光的本質(zhì)－波粒二象性302.1光在界面上的反射和折射2.2光的本質(zhì)－波粒二象性2.3光子的吸收、發(fā)射和散射2.4光波的干涉和衍射2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜2.6激光與非線性光學(xué)本章內(nèi)容31光與單個(gè)分子的相互作用可以用一個(gè)在電場中的分子電極化模型來描述，稱為電偶極子近似。對于線性響應(yīng)，即偶極矩線性地依賴于電場，總的分子偶極矩為：分子與輻射場之間的偶極相互作用V可用下式描述：式中第一項(xiàng)描述分子與光子場的一種相互作用，其導(dǎo)致分子吸收或發(fā)射一個(gè)光子；第二項(xiàng)表示非彈性散射，即拉曼散射，一個(gè)頻率為v的光子被一個(gè)分子非彈性散射而產(chǎn)生一個(gè)具有不同頻率的v的光子（原來的光子被吸收）并且與該分子交換（入射光子與散射光子的）能量差。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射321、光與分子的相互作用的性質(zhì)吸收自發(fā)輻射受激輻射拉曼散射光與分子的相互作用過程2.3光子的吸收、發(fā)射和散射33光子的吸收光子的吸收會(huì)導(dǎo)致一個(gè)分子（或原子）從低能級(jí)i（基態(tài)）向高能級(jí)f（激發(fā)態(tài)）躍遷；i和f兩個(gè)能級(jí)之間的能量差與所吸收光子的能量相等；對于電子能級(jí)的吸收，初始電子能級(jí)一般是基態(tài)（最低的電子能級(jí)）。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射34單光子吸收雙光子吸收分子（或原子）同時(shí)吸收兩個(gè)光子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)；兩個(gè)能級(jí)之間的能量差與所吸收光子的能量的和相等。單光子吸收與多光子吸收2.3光子的吸收、發(fā)射和散射35自發(fā)輻射分子或原子通過發(fā)射一個(gè)能量為i和f兩個(gè)能級(jí)之間能量差的光子，而從激發(fā)態(tài)f回到低能態(tài)i。受激輻射由一個(gè)能量為i和f兩個(gè)能級(jí)之間能量差的入射光子觸發(fā)的發(fā)射過程；受激輻射所發(fā)射的光子和入射光子的能量和方向相同；若沒有一個(gè)能量相等的入射光子，則不會(huì)產(chǎn)生受激輻射，而只有自發(fā)輻射。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射36拉曼散射一個(gè)能量為hv的光子被散射為另一個(gè)能量為hv的光子，兩個(gè)光子之間的能量差即h(v-v)對應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差；能量為hv的散射光子比入射光子的能量hv低，能量差h(v-v)被存入分子而產(chǎn)生一個(gè)激發(fā)態(tài)f，稱為斯托克斯拉曼散射(StokesRamanScattering)，是最常見的拉曼散射；hv高于hv的散射稱為反斯托克斯拉曼散射(Anti-StokesRamanScattering)。能級(jí)i一般不是真實(shí)的能級(jí)（虛能級(jí)）；若i是一個(gè)真實(shí)的能級(jí)，則散射過程將被顯著加強(qiáng)，稱為共振拉曼散射。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射372、吸收和發(fā)射的愛因斯坦模型愛因斯坦（Einstein）模型描述光子的吸收和發(fā)射過程；從一個(gè)低能態(tài)i到一個(gè)高能態(tài)f的吸收過程用一個(gè)躍遷速率Wabs來描述，Wabs與在能態(tài)i上的分子數(shù)Ni和光子密度成正比：比例常數(shù)B稱為Einstein系數(shù)，下標(biāo)i和f表示此系數(shù)是針對能態(tài)i和f的。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射38自發(fā)輻射速率只與激發(fā)態(tài)f上的分子數(shù)Nf成正比，因?yàn)榇诉^程并不需要另一個(gè)光子觸發(fā)，因此：其中Aif叫做自發(fā)輻射的Einstein系數(shù)。吸收和發(fā)射的愛因斯坦模型對于受激輻射（需要一個(gè)光子觸發(fā)），表達(dá)式為：受激輻射的躍遷速率Wstemi與在激發(fā)態(tài)f上的光子數(shù)Nf和當(dāng)前光子數(shù)成正比；比例常數(shù)同為Bif。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射39吸收和發(fā)射的愛因斯坦模型總的輻射速率為：凈吸收速率為：在有受激輻射的場合，受激輻射遠(yuǎn)超過自發(fā)輻射，因此，可以忽略自發(fā)輻射，吸收速率變?yōu)椋寒?dāng)此速率為正（Ni>Nf時(shí))，發(fā)生凈的吸收過程，此時(shí)低能態(tài)i上的分子數(shù)比在高能態(tài)f上的分子數(shù)多，稱為正常粒子數(shù)條件。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射40吸收和發(fā)射的愛因斯坦模型在Nf>Ni的情況下，對應(yīng)的是一個(gè)凈的發(fā)射過程；凈的輻射速率為：高能態(tài)f上的分子數(shù)比在低能態(tài)i上的分子數(shù)多的情況，叫做粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件；粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是實(shí)現(xiàn)激光的條件之一。2.3光子的吸收、發(fā)射和散射412.1光在界面上的反射和折射2.2光的本質(zhì)－波粒二象性2.3光子的吸收、發(fā)射和散射2.4光波的干涉和衍射2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜2.6激光與非線性光學(xué)本章內(nèi)容421、光的相干性時(shí)間相干性：由波包的頻率展寬定義；如果從一個(gè)光源發(fā)出的所有光波的頻率相同或在一個(gè)十分窄的頻域內(nèi)，則它們具有時(shí)間相干性，這種光被稱為單色的；如果有一個(gè)大的頻率展寬，則光是多色的，不具有時(shí)間相干性；空間相干性：利用從一個(gè)光源發(fā)出的不同光波的相位間的空間聯(lián)系定義；如果一個(gè)常相位關(guān)系存在，而且波包在空間的傳播過程中能夠維持（如激光），則光束是空間相干的。2.4光波的干涉和衍射43相干時(shí)間：相干長度：光的相干性光的相干性決定了從一個(gè)光源產(chǎn)生的多個(gè)光波的整體屬性，描述了不同波之間的相位關(guān)系；若相位關(guān)系固定且為常數(shù)，則光源是相干的；若相位關(guān)系總的來說是隨機(jī)的，則光源是非相干的；光源也可以是部分相干的；相干性的定量描述用相干長度，即相位關(guān)系得以維持的長度；光源的相干性質(zhì)決定了光束的發(fā)散性質(zhì)。2.4光波的干涉和衍射44干涉：若干束光波在空間相遇時(shí)產(chǎn)生的光強(qiáng)分布不等于由各束波單獨(dú)造成的光強(qiáng)分布之和，而出現(xiàn)明暗相間的現(xiàn)象。產(chǎn)生干涉條件：只有兩列光波的頻率相同，位相差恒定，振動(dòng)方向一致的相干光源，才能產(chǎn)生光的干涉。由兩個(gè)普通獨(dú)立光源發(fā)出的光，不可能具有相同的頻率，更不可能存在固定的相差，因此，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。同相（相位）相長干涉，

反相（相位）相消干涉。例如，楊氏雙縫干涉2.4光波的干涉和衍射452、光的干涉和衍射1）光的干涉2.4光波的干涉和衍射46相長干涉與相消干涉衍射：任何在空間中非無限的波都有在空間擴(kuò)散的趨勢。衍射是光波的普遍現(xiàn)象，但只有當(dāng)物體的空間尺寸與光波的波長相當(dāng)時(shí)，才比較明顯。當(dāng)光遇到尖銳的障礙物、通過小孔和狹縫，或聚焦于尺寸與光波長相近的斑點(diǎn)時(shí)，光彎折和擴(kuò)散等衍射現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生；將狹縫或開口的每一點(diǎn)當(dāng)做一個(gè)球面波的波源，可以很好地解釋衍射現(xiàn)象；從所有這些點(diǎn)發(fā)出的球面波相互干涉；在某些角度上，發(fā)生相長干涉，得到亮斑，在另一些角度上發(fā)射相消干涉，得到暗斑；這些光斑的圖樣叫做衍射圖樣。2.4光波的干涉和衍射472）光的衍射

光通過兩條狹縫的衍射圖樣2.4光波的干涉和衍射48各種不同的光源及其特征2.4光波的干涉和衍射49Quiz

1光的反射和折射分別服從什么定律？光在光纖中的傳播遵循什么定律？光與分子的相互作用過程有哪些？分子對光的吸收和發(fā)射用什么模型描述？502.1光在界面上的反射和折射2.2光的本質(zhì)－波粒二象性2.3光子的吸收、發(fā)射和散射2.4光波的干涉和衍射2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜2.6激光與非線性光學(xué)本章內(nèi)容51物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成的，組成原子和分子的電子的能量只能取一些被允許的離散值-即能量量子化條件，此特性源于物質(zhì)的似波特性。2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜52波長（deBroglie波）h=Planck常數(shù)由Schr?dinger方程的解得出的量子化能量物質(zhì)

粒子行為似波行為動(dòng)能動(dòng)量p=mv由經(jīng)典牛頓力學(xué)描述的平動(dòng)能量1、激發(fā)態(tài)的躍遷過程分子的能量分為四部分，即電子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)。只有電子、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)是量子化的，即具有離散值；電子能級(jí)和振動(dòng)能級(jí)在生物光子學(xué)中有重要的作用，它們是光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)成像、生物傳感及流式細(xì)胞儀的重要組成部分。2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜53激發(fā)態(tài)的躍遷過程：激發(fā)態(tài)可以通過光致物理過程、光致電子轉(zhuǎn)移過程或光化學(xué)過程而儲(chǔ)存激勵(lì)能；光致物理效應(yīng)包括：輻射：額外能量作為光子而發(fā)射出去（自發(fā)/受激輻射）非輻射：額外能量以熱能的形式散發(fā)出去能量轉(zhuǎn)移：額外能量傳遞給周圍分子相鄰分子形成受激態(tài)復(fù)合物2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜54激發(fā)態(tài)的躍遷過程：有機(jī)分子的各種輻射和非輻射過程常用Jablonski能級(jí)圖描述；Jablonski能級(jí)圖中輻射過程用直線箭頭表示，非輻射過程用波浪線箭頭表示；2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜55S2S1T1S0EFluorescencePhosphorescenceVibrationalRelaxationVibrationalRelaxationICICISCISCAbsorption單重態(tài)：S0，S1，S2三重態(tài)：T1IC：內(nèi)轉(zhuǎn)化ISC：系間竄躍激發(fā)態(tài)的躍遷過程：大部分分子（尤其是有機(jī)分子）的基態(tài)都包含成對的電子，因而總自旋S=0，自旋多重度2S+1=1，屬于單重態(tài)。從基態(tài)開始，按照能量遞增的順序，單重態(tài)被標(biāo)記為S0，S1，S2等；對于基態(tài)為S0的分子，一對配對的電子被激發(fā)到一個(gè)激發(fā)態(tài)，這兩個(gè)電子在激發(fā)態(tài)中可能仍然是配對的（如S1態(tài)），也可能是非配對的（三重態(tài)，即T態(tài)）；激發(fā)三重態(tài)按能量遞增的順序被標(biāo)記為T1，T2，T3等；量子力學(xué)表明，對相同軌道的激發(fā)態(tài)，激發(fā)三重態(tài)（如T1態(tài)）比對應(yīng)的單重態(tài)（如S1態(tài)）能量低。2.5分子能級(jí)結(jié)構(gòu)與光譜56S2S1T1S0EFluorescencePhosphorescenceVibrationalRelaxationVibrationalRelaxationICICISCISCAbsorption描述激發(fā)態(tài)各種可能躍遷途徑的Jablonski能級(jí)圖2.5