Люминесценция, виды люминесценции

Люминесценциейназывают свечение тел, которое не может быть объяснено их тепловым излучением. Так, например, в видимой области спектра тепловое излучение становится заметным только при температуре ~10³-10⁴ К, а люминесцировать тело может при любой температуре. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Одной из причин, вызывающих люминесценцию, является внешнее излучение, которое возбуждает молекулы тела.

Например, падающий свет. После прекращения процесса облучения люминесцентное свечение не прекращается тотчас же, а продолжается еще некоторое время. Это последействие отличает люминесценцию от таких явлений, как отражение и рассеяние света. В настоящее время в физике принято следующее определение люминесценции.

Люминесценция - излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний (10¹⁵ с).

Вещества, способные превращать поглощаемую ими энергию в люминесцентное свечение, называют люминофорами.

Люминесценция - результат квантовых переходов в возбужденных атомах, молекулах, кристаллах. По виду возбуждения различают следующие типы люминесценции:

• фотолюминесценция - возникает при возбуждении атомов светом (ультрафиолетовые лучи и коротковолновая часть видимого света);

• рентгенолюминесценция- возникает при возбуждении атомов рентгеновским и γ-излучением (экраны рентгеновских аппаратов, индикаторы радиации);

• катодолюминесценция- возникает при возбуждении атомов электронами (кинескопы, экраны осциллографов, мониторов);

• радиолюминесценция- возникает при возбуждении атомов продуктами радиоактивного распада;

• электролюминесценция - возникает при возбуждении атомов под действием электрического поля (возбуждение молекул газа электрическим разрядом - газоразрядные лампы);

• хемилюминесценция - возникает при возбуждении молекул в процессе химических реакций;

• биолюминесценция - возникает в биологических объектах в результате определенных биохимических реакций;

• сонолюминесценция- возникает под действием ультразвука.

• Резонансная люминесценция - люминесценция, при которой частота излучаемого света равна частоте поглощаемого света.

• Стоксова люминесценция - люминесценция, при которой частота излучаемого света меньше частоты поглощаемого света.

• Антистоксова люминесценция - люминесценция, при которой частота излучаемого света больше частоты поглощаемого света.

Как уже отмечалось выше, люминесценция продолжается и после прекращения внешнего возбуждения люминофора. По длительности остаточного свечения различают флуоресценцию и фосфоресценцию:

• флуоресценция- кратковременное остаточное свечение, длительность которого составляет 10^-9-10^-8с;

• фосфоресценция- продолжительное остаточное свечение, длительность которого составляет 10^-4 -10⁴ с.

Механизмы фотолюминесценции

Фотолюминесценция начинается с возбуждения атома или молекулы фотоном внешнего излучения с некоторой частотой ν.

В результате чего атом переходит с основного энергетического уровня (1) на один из трех предполагаемых возбужденных уровней (2) следующим образом:

· Атом (молекула) возвращается на основной уровень с испусканием фотона, частота которого равна частоте поглощенного фотона: v_л= ν(рис. 15.3, а).

Такая люминесценция называется резонансной.

Рис. 15.3.Виды люминесценции: а-резонансная, б-стоксовой, в-антистоксовой

· Возбужденный атом взаимодействует с окружающими его атомами и без-излучении переходит на нижний возбужденный уровень (2). Затем он переходит на основной уровень, испуская фотон меньшей частоты: ν_л< ν

(рис. 15.3.б). Такая люминесценция называется стоксовой(в честь Дж. Г. Стокса).

· Анти Стоксовый

Резонансная люминесценция - люминесценция, при которой частота излучаемого света равна частоте поглощаемого света.

Спектры возбуждения и люминесценции. Правило Стокса.

Полоса возбуждения это интервал длин волн, поглощение которых сопровождается люминесценцией.

Стоксовая люминесценция - люминесценция, при которой частота излучаемого света меньше частоты поглощаемого света.