Фотолюминесценция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Фотолюминесценция — свечение, возбуждаемое в среде светом разной длиной волны . В зависимости от способа возбуждения наряду с фотолюминесценцией в оптике широкие исследования проводятся с электролюминесценцией, биолюминесценцией, триболюминесценцией и т.д. Повидимому, понятие флуоресценция описывает то же явление, что и фотолюминесценция. Что касается понятия фосфоресценция, то оно связано в первую очередь с твердотельными средами, носившими ранее название кристаллофосфоров.

Виды фотолюминесценции[править | править вики-текст]

  • Резонансное излучение — простейший случай фотолюминесценции. В этом случае, излучение на выходе среды происходит на той же частоте, что и частота падающего света. Этот случай хорошо иллюстрируют опыты американского оптика Вуда (R.Wood), наблюдавшего резонансное взаимодействие светового излучения с помещенными в кювету атомарными парами натрия.
  • При фотолюминесценции молекулярных и других — атомарных, наноразмерных сред излучение обычно подчиняется правилу Стокса, то есть частота испускаемого света фотолюминесценции обычно меньше, чем частота падающего. Однако, это правило часто нарушается и наряду со стоксовой наблюдается антистоксова часть спектра, то есть происходит излучение частоты, большей, чем частота возбуждающего света. Отметим, что, как правило, в общем случае, в отличие от резонансного излучения, упомянутого в начале статьи, ширина спектра фотолюминесценции оказывается большей, чем ширина спектра возбуждающего фотолюминесценцию излучения.

Эксперименты по фотолюминесценции, выполненные как в случае простых систем — атомарных, так и в ещё более сложных, чем молекулы средах, например, в случае наночастиц, помещенных в аморфную среду (жидкость или стекло) подтверждают правило Стокса в полной мере. Это следует из многочисленных экспериментов, выполненных с использованием лазеров, позволяющих осуществлять возбуждение среды в широком диапазоне частот. В этом случае, как правило, с уменьшением частоты возбуждающего излучения происходит изменение и сдвиг в стоксову область частоты максимального пика спектра фотолюминесценции, что не мешает при соблюдении определенных условий резонанса появлению антистоксовой части спектра. При фотолюминесценции энергия возбуждающего излучения переходит не только в энергию испускаемого излучения, но также и в энергию колебательного, вращательного и поступательного движения молекул или атомов, то есть в тепловую энергию (см. безызлучательная релаксация).

Фотолюминесценция и закон сохранения энергии[править | править вики-текст]

Можно показать, что квантовый выход (отношение числа испускаемых световых квантов к числу возбуждающих световых квантов) оказывается меньше единицы.

Для явления фотолюминесценции закон сохранения энергии имеет следующий вид [1], где  — энергия квантов светового излучения, используемого для возбуждения фотолюминесценции. Величина  — частота этого излучения. Величина соответствует энергии квантов излучения фотолюминесценции, а величина характеризует электронные переходы в атоме, молекуле или иной исследуемой среде, на которых происходит безызлучательная релаксация, вызывающая нагрев фотолюминесцирующей среды. В случае непрерывного спектра частоты характеризуют гармоники, на которые данный спектр может быть разложен. Этой величине соответствует достаточно широкий спектр частот, включающий всевозможные виды уширения спектральной линии, соответствующей частоте . Если меньше , то имеет место стоксова фотолюминесценция, и, наоборот, для случая, когда величина больше  — антистоксова. Частота , по существу, есть среднее арифметическое между частотой , на которой происходит поглощение избытка энергии, не преобразованной в излучение фотолюминесценции, и частотой (одной из частотных компонент), присутствующей в спектре излучения фотолюминесценции. Из закона сохранения энергии следует известное в фотолюминесценции правило зеркальной симметрии. Действительно, из закона сохранения энергии для частот, участвующих в процессе фотолюминесценции, мы имеем соотношение симметрии: . Родившееся на частоте фотолюминесценции излучение в диспергирующей среде распространяется с замедлением, обусловленным локальными, связанными с электронными переходами (в атоме, молекуле) изменениями показателя преломления среды. По-видимому, с этим обстоятельством связано наблюдаемое при фотолюминесценции запаздывание световых процессов.

Фотолюминесценция и аксионы.[править | править вики-текст]

Поиск кандидата на роль элементарной частицы - аксиона осуществляется на разных участках спектра ( от единиц электрон-вольт до 1 МэВ). Заслуживает внимания обстоятельство, согласно которому наблюдаемое излучение фотолюминесценции удовлетворяет необходимому и достаточному условию присутствия аксионов в случае почти резонансного взаимодействия оптического излучения и барионного вещества. В электрическом ( магнитном) поле ядра атомов (молекул) за счет слияния пар фотонов действующего на атомы среды излучения возможно появление аксионов. Согласно существующим теоретическим представлениям их распад на новую пару фотонов на частотах, отсутствующих в действующем на барионное вещество излучении, может свидетельствовать о присутствии аксионов. Закон сохранения энергии для явления фотолюминесценции, рассмотренный выше, такое перераспределение энергии между исходной парой фотонов -2 и фотонами, вновь появившимися и подтверждает. Наблюдателю доступным оказывается излучение на частоте , в то время как фотоны, энергия которых равна , после распада аксиона поглощаются средой и оказываются ненаблюдаемыми.

Литература[править | править вики-текст]

  1. Левшин Л. В. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ.-Москва: Наука,1951. с.
  2. Оглуздин В. Е. Интерпретация видимой фотолюминесценции взвешенных в этаноле разновеликих наночастиц кремния //Физика и техника полупроводников.-2005 Год.-Т.39.-№ 8.-С.920-926.-
  3. Оглуздин В. Е. Роль боровских частот в процессах рассеяния, люминесценции, генерации излучения в различных средах//Успехи физических наук.-2006 Год.-Т. 176.-№ 4.- С.415-420.-
  4. Оглуздин В. Е. Явление люминесценции и замедление света//Известия РАН. Серия физическая.-2006 Год.-Т.70.-С.418-421.
  5. Оглуздин В. Е. Роль аксионов в оптических экспериментах.- Инженерная физика.- 2015, №9

Примечания[править | править вики-текст]