更新时间:2022-09-25 21:50
当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等的激发后,只要该物质不会因此而发生化学变化,它总要回复到原来的平衡状态。在这个过程中,一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的,就称这种现象为发光。
对于发光现象的研究,从对它的光谱的研究(斯托克斯定则,1852年)开始,直到“发光”这一概念的提出(Eilhard Wiedemann,1888年),人们只注意到了发光同热辐射之间的区别。
1936年,С.N.瓦维洛夫引入了发光期间这一概念(即余辉),并以此作为发光现象的另一个主要的判据,至此发光才有了确切的定义。
对于各种发光现象,可按其被激发的方式进行分类:光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光和生物发光等。
光致发光
光致发光是用光激发发光体引起的发光现象。它大致经过吸收、能量传递及光发射三个阶段。光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁,都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。
电致发光
可将电能直接转换成光能的现象是电致发光。过去又因这是在电场作用下产生的发光,还曾使用过“场致发光”的术语。
电致发光中的一种是被称作本征型电致发光,是1936年由法国科学家德斯特里奥发现的,所以又称作德斯特里奥效应。所用的发光材料电阻率很高,把它悬置在树脂等绝缘介质中,并夹在两块平板电极间(其中一块常为透明电极)。当这样的系统与交流电源连接后,发光就可以由透明电极一侧透射出来。对这种现象的典型解释是:施主或陷阱中通过电场或热激发到达导带的电子,或从电极通过隧穿效应进入材料中的电子,受到电场加速获得足够高的能量,碰撞电离或激发发光中心,最后导致复合发光。
电致发光的另一种类型是半导体p-n结的注入式电致发光。当半导体p-n结正向偏置时,电子(空穴)会注入到p(n)型材料区。这样注入的少数载流子会通过直接或间接的途径与多数载流子复合。这种由载流子注入引起的复合发光被称为注入式电致发光。由Ⅲ-V族半导体材料制成的发光二极管的发光就是这种注入式电致发光。
阴极射线发光
发光物质在电子束激发下所产生的发光,被称作阴极射线发光。通常电子束激发时,电子所具有的能量是很大的,都在几千电子伏以上,甚至达到几万电子伏。和光致发光的情况相比,这个能量是巨大的。因此,阴极射线发光的激发过程和光致发光不一样,这是一个很复杂的过程。在光致发光的过程中,一个激发光子被发光物质吸收后,通常最多只能产生一个发光辐射的光子。但是,单从能量的观点来看,一个高速电子的能量是光子能量的几千倍或更多,这足以产生千百个发光辐射光子。事实上,高速的电子入射到发光物质后,将离化原子中的电子,并使它们获得很大的动能,成为高速的次级(发射)电子。而这些高速的次级电子又可以产生次级电子,最终,这些次级电子会激发发光物质产生发光。
X射线及高能粒子发光
在X射线、γ射线、α粒子和β粒子等高能粒子激发下,发光物质所产生的发光被称作X射线及高能粒子发光。发光物质对X射线和高能粒子能量的吸收包括三个过程:带电粒子的减速、高能光子的吸收和电子正电子对的形成。X射线和γ射线是不带电的粒子流,也可以叫作高能光子流。一般地说,X光子主要产生光电效应;比X光子能量更大的γ光子,三种效应都会产生。这些效应都会产生大量的
次级电子,而这些次级电子又会进一步激发或离化发光物质而产生发光。
α粒子和β粒子等高能粒子入射到发光物质后,会发生晶格原子的离化,产生很多具有很大动能的离化电子。这些离化电子又可以继续引起其他原子的激发或离化,产生次级电子。这就是发光物质在高能带电粒子激发下的能量吸收过程。当这些激发或离化状态重新回到平衡态时,就产生了发光。
化学发光
由化学反应过程中释放出来的能量激发发光物质所产生的发光,被称作化学发光。
生物发光
在生物体内,由于生命过程的变化,其相应的生化反应释放的能量激发发光物质所产生的发光被称作生物发光。