文档介绍：第四章稀土发光和激光材料 Chapter 4 Rare earth luminescence and laser materials
第一节发光材料及其发光性能
稀土的发光和激光性能都是由于稀土的4f电子在不同能级之间的跃迁而产生的。在f组态内不同能级之间的跃迁称为f-f跃迁;在f和d组态之间的跃迁称为f-d跃迁。其光谱大概有30000条。
由于很多稀土离子具有丰富的能级和它们的4f电子跃迁特性,使稀土成为一个巨大的发光宝库。
一、发光材料的基本概念
发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程,是热辐射之外的另一种辐射。
固体发光:固体化合物受到光子、带电粒子、电场或电离辐射点激发,会发生能量的吸收、存储、传递和转换过程。
如果激发能量转换为可见光区的电离辐射,这个过程称为固体发光。
价带(基态电子的能量水平)
导带(被激发电子的能量水平)
禁带
缺陷能级
辐射的光能取决于电子跃迁前后电子所在能级的能量差
电子辐射的光能≤激发时吸收的能量
无辐射驰豫
发光
敏化发光
荧光:激活剂吸收能量后,激发态的寿命极短,一般大约为10-8s就会自动地回到基态而放出光子,这种发光现象成为荧光。
撤去激发源后,荧光立即停止。
磷光:如果被激发的物质在切断激发源后仍然继续发光,成为磷光。有时磷光体能持续长达几分钟甚至几小时的发光,这种发光体则称为长余辉发光材料。
固体材料
(多晶、单晶和薄膜)
无机化合物
有机化合物
组成
发光材料主要分类
激发方法
光致发光材料
电致发光材料
阴极射线致发光材料
X射线发光材料
放射线发光材料
根据激发方法可将发光材料分为:
(1)光致发光材料: 用紫外光、可见光或红外激发发光材料而产生的发光现象称为光致发光。分为荧光灯用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料等。
(2)电致发光材料:在直流或交流电厂作用下,依靠电流和电厂的激发使无机材料发光的现象称为电致发光。电致发光是将电能直接转换成光。
(3)阴极射线致发光材料: 这是一类在阴极射线激发下能发光的材料。用电子束激发时,其电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几万电子伏特,而光致发光时,紫外线光子能量仅5~6eV甚至更低,因此光致发光材料在电子束激发下都能发光,甚至有些材料没有光致发光,但却有阴极射线发光。这类发光材料一般用于电子束管用荧光粉,其产量仅次于灯用荧光粉。
(4)X射线发光材料: 由X射线来激发发光材料产生发光的现象。X射线致发光材料主要分为直接观察屏发光材料、X射线增感屏发光材料和X射线断层扫描荧光粉。
(5)放射线发光材料:由放射性物质蜕变时放出的α粒子、β粒子和γ射线激发而发光的物质称为放射线发光材料。