Фотолюмінесценція

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Фотолюмінесценція - світіння, що збуджується серед світлом різною довжиною хвилі. Залежно від способу збудження поряд з фотолюмінесценцією в оптиці проводяться широкі дослідження електролюмінесценції, біолюмінесценції, триболюмінесценції тощо. Очевидно, поняття флуоресценції описує те саме явище, що й фотолюмінесценція. Що ж до поняття фосфоресценція , воно пов'язано насамперед із твердотільными середовищами, які мали раніше назву кристаллофосфоров.

Види фотолюмінесценції

  • Резонансне випромінювання – найпростіший випадок фотолюмінесценції. У цьому випадку, випромінювання на виході середовища відбувається на тій же частоті , що і частота світла, що падає. Цей випадок добре ілюструють досліди американського оптика Вуда (R.Wood) , який спостерігав резонансну взаємодію світлового випромінювання з поміщеними в кювету атомарними парами натрію .
  • При фотолюмінесценції молекулярних та інших — атомарних , нанорозмірних середовищ випромінювання зазвичай підпорядковується правилу Стокса , тобто частота світла світла фотолюмінесценції зазвичай менше, ніж частота падаючого. Однак, це правило часто порушується і поряд зі стоксовою спостерігається антистоксова частина спектру , тобто відбувається випромінювання частоти більшої, ніж частота збудливого світла. Зазначимо, що, як правило, у загальному випадку, на відміну від резонансного випромінювання, згаданого на початку статті, ширина спектра фотолюмінесценції виявляється більшою, ніж ширина спектра випромінювання, що збуджує фотолюмінесценцію.

Експерименти з фотолюмінесценції, виконані як у разі простих систем — атомарних, так і ще складніших, ніж молекули середовищах, наприклад, у разі наночастинок , поміщених в аморфне середовище (рідина або скло) підтверджують правило Стокса повною мірою. Це випливає з численних експериментів, виконаних з використанням лазерів, дозволяють здійснювати збудження середовища в широкому діапазоні частот. В цьому випадку, як правило, зі зменшенням частоти збудливого випромінювання відбувається зміна і зсув у область область частоти максимального піку спектра фотолюмінесценції, що не заважає при дотриманні певних умов резонансу появі антистоксової частини спектру. При фотолюмінесценції енергія збудливого випромінювання переходить не тільки в енергію випромінювання, що випускається, але також і в енергію коливального, обертального та поступального руху молекул або атомів, тобто в теплову енергію (див. безвипромінювальна релаксація ). чол ти

Фотолюмінесценція та закон збереження енергії

Можна показати, що квантовий вихід (ставлення числа світлових квантів, що випускаються до числа збуджуючих світлових квантів ) виявляється менше одиниці.

Для явища фотолюмінесценції закон збереження енергії має такий вигляд [1] , де - Енергія квантів світлового випромінювання , що використовується для збудження фотолюмінесценції. Величина - Частота цього випромінювання. Величина відповідає енергії квантів випромінювання фотолюмінесценції, а величина характеризує електронні переходи в атомі , молекулі або іншому досліджуваному середовищі, на яких відбувається безвипромінювальна релаксація , що викликає нагрівання фотолюмінесцентного середовища. У разі безперервного спектру частоти характеризують гармоніки , куди цей спектр може бути розкладений. Цій величині відповідає досить широкий спектр частот, що включає різні види розширення спектральної лінії , відповідної частоти . Якщо менше , то має місце стоксова фотолюмінесценція, і, навпаки, для випадку, коли величина більше - Антистоксова. Частота , по суті, є середнє арифметичне між частотою , на якій відбувається поглинання надлишку енергії, не перетвореної на випромінювання фотолюмінесценції, та частотою (однієї з частотних компонент), що присутня в спектрі випромінювання фотолюмінесценції. Із закону збереження енергії слід відоме у фотолюмінесценції правило дзеркальної симетрії. Дійсно, із закону збереження енергії для частот, що беруть участь у процесі фотолюмінесценції, ми маємо співвідношення симетрії: . Випромінювання, що народилося на частоті фотолюмінесценції у диспергуючому середовищі поширюється із уповільненням, зумовленим локальними, пов'язаними з електронними переходами (в атомі, молекулі) змінами показника заломлення середовища. Очевидно, з цією обставиною пов'язане спостереження при фотолюмінесценції запізнювання світлових процесів.

Фотолюмінесценція та аксіони

Пошук кандидата на роль елементарної частки - аксіону складає різних ділянках спектра (від одиниць електрон-вольт до 1 МеВ). Заслуговує на увагу обставина, згідно з якою спостережуване випромінювання фотолюмінесценції задовольняє необхідною та достатньою умовою присутності аксіонів у разі майже резонансної взаємодії оптичного випромінювання та баріонної речовини. В електричному (магнітному) полі ядра атомів (молекул) за рахунок злиття пар фотонів випромінювання, що діє на атоми середовища, можлива поява аксіонів. Згідно з існуючими теоретичними уявленнями їх розпад на нову пару фотонів на частотах, відсутніх у випромінюванні, що діє на баріонну речовину, може свідчити про присутність аксіонів. Закон збереження енергії для явища фотолюмінесценції, розглянутий вище, такий перерозподіл енергії між вихідною парою фотонів −2 і фотонами, що знову з'явилися і підтверджує. Спостерігачеві доступним виявляється випромінювання на частоті , у той час як фотони, енергія яких дорівнює , після розпаду аксіону поглинаються середовищем і виявляються неспостережуваними.

Примітки

Література

  1. Левшин Л. В. Фотолюмінесценція рідких та твердих речовин.-Москва: Наука,1951. с.
  2. Оглуздін В. Є. Інтерпретація видимої фотолюмінесценції зважених в етанолі різновеликих наночастинок кремнію // Фізика та техніка напівпровідників.-2005 Рік.-Т.39.-№8.
  3. Оглуздін В. Є. Роль борівських частот у процесах розсіювання, люмінесценції, генерації випромінювання в різних середовищах// Успіхи фізичних наук.-2006 Рік.-Т. 176.-№ 4.- С.415-420.-
  4. Оглуздін В. Є. Явище люмінесценції та уповільнення світла / / Известия РАН. Серія фізична.-2006 Рік.-Т.70.-С.418-421.
  5. Оглуздін В. Є. Роль аксіонів в оптичних експериментах. - Інженерна фізика. - 2015 № 9