发光的定义及特点ppt课件

1、本章重点l发光的定义和特点发光的定义和特点l发光与热辐射的区别发光与热辐射的区别l发光资料的分类方法发光资料的分类方法l发光现象所经历的物理过程发光现象所经历的物理过程l发光的几个重要参数发光的几个重要参数一、光的实质l波粒二相性波粒二相性 l动摇性动摇性l电学及磁学分量组成的电学及磁学分量组成的l互成互成90l简谐运动简谐运动l波长和频率两个参量波长和频率两个参量l干预、衍射现象干预、衍射现象粒子性粒子性早在早在1900年普朗克就提出光的存在是以很多小年普朗克就提出光的存在是以很多小部分光能量为单位组成的部分光能量为单位组成的光子光子光子能量为光子能量为光电导、光电发射、发光及光化学等效应都

2、是粒光电导、光电发射、发光及光化学等效应都是粒子性的表达子性的表达hE 二、光的发射l热热辐辐射射l任任何何高高于于0K的的物物体体都都会会向向外外辐辐射射能能量量l连连续续光光谱谱光光强强随随波波长长的的变变化化关关系系l随随着着温温度度的的升升高，高，辐辐射射的的总总功功率率增增大，大，辐辐射射的的光光谱谱分分布布向向短短波波方方向向挪挪动动l平平衡衡辐辐射射l效效率率低低白白炽炽灯灯 10%，主主要要为为红红外外辐辐射射l发发光光l日光灯发光有何特点呢？日光灯发光有何特点呢？l白色光白色光l灯管温度不高，接近常温灯管温度不高，接近常温l显然不是热辐射发光显然不是热辐射发光l效率比白炽灯高

3、得多效率比白炽灯高得多80 lm/W以上以上日光灯的发光过程日光灯的发光过程灯管内的气体水银蒸汽放灯管内的气体水银蒸汽放电产生紫外线电产生紫外线254nm紫外线激发荧光粉发光紫外线激发荧光粉发光l发光发光l不需要将发光资料加热到高温如日光灯、显像管不需要将发光资料加热到高温如日光灯、显像管等常温下就可产生光发射等常温下就可产生光发射l原因：电子在不同高能态上的分布偏离热平衡分布原因：电子在不同高能态上的分布偏离热平衡分布l从这些高能态的跃迁而来的光就会比相应温度下同从这些高能态的跃迁而来的光就会比相应温度下同样波长的发射强很多样波长的发射强很多l需要以某种方式把能量交给物体使电子升到一定高需要

4、以某种方式把能量交给物体使电子升到一定高能态能态激发过程激发过程l只是在少数中心进展，不会影响物体的温度只是在少数中心进展，不会影响物体的温度l可以更有效地把外界提供的能量转化成我们所需要可以更有效地把外界提供的能量转化成我们所需要的可见光的可见光三、发光的定义l发光就是物体不经过热阶段而将其内部以发光就是物体不经过热阶段而将其内部以某种方式吸收的能量直接以光能的形式释某种方式吸收的能量直接以光能的形式释放出来的非平衡辐射过程放出来的非平衡辐射过程四、发光的特点l冷光冷光l发光体和四周环境的温度几乎是一样的，并不需要加温发光体和四周环境的温度几乎是一样的，并不需要加温l只要个别中心得到能量，四

5、周大量的中心仍处于未被激只要个别中心得到能量，四周大量的中心仍处于未被激发的状态发的状态l衰减余辉衰减余辉l从外界吸收能量到放出光来，花费一定时间。从外界吸收能量到放出光来，花费一定时间。l发出的光既有反映这个物质特点的光谱，又有一定的衰发出的光既有反映这个物质特点的光谱，又有一定的衰减规律减规律l与反射光、散射光、契连科夫辐射等区分与反射光、散射光、契连科夫辐射等区分契连科夫辐射契连科夫辐射 l假如电子或其它带电粒子在真空中具有很高的速度接近光速，那么当它进入折射系数较大的物质时，它的速度有可能大于光在该物质中的速度。这种情况下，电子或其它带电粒子能量的一部分会转化为可见光或紫外光发射进来，

6、这种现象是前苏联物理学家契连科夫首先发现的，被称为契连科夫效应。 五、发光的分类l以以某某种种方方式式将将能能量量交交给给物物体体使使电电子子提提升升到到一一定定高高能能态态的的过过程程称称为为激激发发l一一般般按按激激发发能能来来源源划划分分l机机械械发发光光机机械械能能ZnS:Mn在在振振动动时时发发光光l物物理理发发光光物物理理能能进进一一步步划划分分l化化学学发发光光化化学学能能荧荧光光棒棒l生生物物发发光光 生生物物化化学学能能萤萤火火虫虫物理发光根据资料的物相分类l气体放电气体放电l只合适于气态物质只合适于气态物质l固体发光固体发光 l最常用，最广泛最常用，最广泛l液体发光液体发光

7、l常用于资料分析常用于资料分析1气体放电发光气体放电发光只合适气态物质只合适气态物质气体中的带电粒子电子和离子就会在电气体中的带电粒子电子和离子就会在电场的作用下加速场的作用下加速带电粒子气体中的原子或分子碰撞电离产生带电粒子气体中的原子或分子碰撞电离产生新的电子和离子新的电子和离子使原本不导电的气体变得导电了使原本不导电的气体变得导电了l气体放电总随同着光的发射l气体放电过程中，有的原子、分子或离子在碰撞过程中会被激发到高能态，从而会发出光来hXX*l激发还可以通过异类原子或分子间的激发还可以通过异类原子或分子间的共振能量传送间接地实现共振能量传送间接地实现气体放电的应用l霓霓虹虹灯灯l日日

8、光光灯灯lPDPl气气体体激激光光器器l激激光光泵泵浦浦l紫紫外外杀杀菌菌灯灯l投投影影光光源源l2固体发光固体发光A有机资料有机资料B无机资料无机资料晶体晶体半导体发光二极管、激光器半导体发光二极管、激光器粉末粉末荧光粉荧光粉薄膜薄膜电致发光电致发光单晶薄膜单晶薄膜发光粉混入介质形成的薄膜发光粉混入介质形成的薄膜直接制成的薄膜直接制成的薄膜物理发光根据激发方式分类l光光致致发发光光Photoluminescence， PLl激激发发能能为为电电磁磁辐辐射，射，如如日日光光灯灯中中的的荧荧光光粉粉发发光，光，激激发发光光主主要要为为254 nm紫紫外外线线l阴阴极极射射线线发发光光Cathod

9、oLuminescence，CLl激激发发能能为为电电子子束束的的动动能，能，如如CRT、FED等等l电电致致发发光光ElectroLuminescence, ELl激激发发能能为为电电场场能能l高高能能粒粒子子发发光光x射射线、线、高高能能粒粒子子激激发发常见荧光粉器件的发光类型课堂练习l有光的发射就是发光这一说法是否正确？l发光资料发出的光称为“冷光是因为发光资料发光时不需要被加热到高温l激发停顿后，发光一定会延续一段时间l阴极射线发光是由电子束阴极射线发射的l日光灯和PDP的荧光粉发光都属于光致发光错误错误正确正确正确正确正确正确错误错误6. 发光资料一般依照激发的方式进展分类发光资料一

10、般依照激发的方式进展分类正确正确以下器件荧光粉的发光类型分别是？以下器件荧光粉的发光类型分别是？阴极射线管阴极射线管阴极射线发光阴极射线发光节能灯节能灯光致发光光致发光PDP光致发光光致发光冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯光致发光光致发光白光白光LED蓝色芯片蓝色芯片光致发光光致发光器件名称器件名称发光类型发光类型六、资料发光所经历的主要过程l激激发发l发发光光必必需需首首先先从从外外界界获获取取能能量量l将将体体内内的的原原子、子、分分子子或或离离子子从从基基态态激激发发到到高高能能态态l辐辐射射跃跃迁迁l高高能能态态激激发发态态是是一一种种不不稳稳定定的的状状态，态，l粒粒子子迟迟早早会会从从激激

11、发发态态跃跃迁迁回回基基态，态，释释放放出出吸吸收收的的能能量量l假假如如能能量量是是以以光光子子的的形形式式释释放放出出来来的的就就称称之之为为辐辐射射跃跃迁迁注意注意并非所有被发光资料吸收的激发能都能转化为并非所有被发光资料吸收的激发能都能转化为光辐射输出光辐射输出从高能态到基态的跃迁并非只要发光这一种方从高能态到基态的跃迁并非只要发光这一种方式式无辐射跃迁无辐射跃迁能量传输能量传输l无辐射跃迁无辐射跃迁l从激发态跃迁到基态的过程假设不产生光从激发态跃迁到基态的过程假设不产生光子辐射输出子辐射输出l辐射跃迁的竞争过程，会降低资料的发光辐射跃迁的竞争过程，会降低资料的发光效率效率l量子效率：

12、量子效率：l激发能量的传输激发能量的传输lHe-Ne气体放电发光气体放电发光l 荧光粉的发光荧光粉的发光1、卤粉的光谱、卤粉的光谱2 、参与红粉后的光谱、参与红粉后的光谱3、参与的红粉光谱、参与的红粉光谱Sb3+Mn2+小结发光所经历的主要物理过程l激激发发过过程：程：发发光光资资料料从从外外界界吸吸收收能能量，量，将将发发光光中中心心从从基基态态激激发发到到激激发发态态l辐辐射射跃跃迁迁过过程：程：发发光光中中心心从从激激发发态态跃跃迁迁回回基基态，态，多多余余的的能能量量以以光光子子的的形形式式释释放放出出来来l无无辐辐射射跃跃迁迁过过程：程：发发光光中中心心从从激激发发态态跃跃迁迁回回基

13、基态，态，多多余余的的能能量量一一声声子子的的形形式式释释放放到到晶晶格格中，中，导导致致资资料料温温度度的的升升高高l能能量量传传输输过过程：程：输输入入的的激激发发能能在在基基质质与与发发光光中中心心间、间、发发光光中中心心与与发发光光中中心心间间进进展展传传送送课堂练习l发光资料要发光就必需首先吸收能量发光资料要发光就必需首先吸收能量l一般来说，发光资料的量子效率不超越一般来说，发光资料的量子效率不超越100%l无辐射跃迁会降低资料的发光效率无辐射跃迁会降低资料的发光效率l发光经历的物理过程按以下顺序发生：发光经历的物理过程按以下顺序发生：l 激发激发辐射跃迁辐射跃迁无辐射跃迁无辐射跃迁

14、能量能量传送传送正确正确正确正确正确正确错误错误2.4、表征发光的主要性能指标1、激发光谱发光资料特定波长的发光强度与激发、激发光谱发光资料特定波长的发光强度与激发光波长的关系。光波长的关系。 确定对发光有奉献的激发光波长范围确定对发光有奉献的激发光波长范围的激发光谱横坐标：横坐标： 激发光波长激发光波长纵坐标：发光强度效率纵坐标：发光强度效率通常为相对值通常为相对值2. 发射光谱发射光谱在一定激发源的激发下，发光资料的发光能在一定激发源的激发下，发光资料的发光能量或发光强度按波长的分布量或发光强度按波长的分布光谱的线型：光谱的线型：线谱线谱宽带谱宽带谱线谱线谱+宽带谱宽带谱横坐标：横坐标：

15、发射光波长发射光波长纵坐标：发光强度效率纵坐标：发光强度效率通常为相对值通常为相对值Gauss函数函数 表示表示3. 发光效率发光效率发光效率反映了资料吸收激发能量后转变为光能发光效率反映了资料吸收激发能量后转变为光能的比例的比例能量效率功率效率能量效率功率效率发光辐射能量与吸收能量之比发光辐射能量与吸收能量之比量子效率量子效率辐射出的量子数与吸收的量子数之比辐射出的量子数与吸收的量子数之比 流明效率流明效率发射的光通量与吸收的能量之比发射的光通量与吸收的能量之比4. 发光的增长与衰减发光的增长与衰减发光的驰豫是发光的重要特征之一发光的驰豫是发光的重要特征之一将激发停顿后立即停顿的发光称为荧光

16、将激发停顿后立即停顿的发光称为荧光人眼不可觉察人眼不可觉察激发停顿后，延续相当长一段时间的发光称激发停顿后，延续相当长一段时间的发光称为磷光为磷光人眼可见人眼可见随着实验技术的开展，这种区分已经变得不随着实验技术的开展，这种区分已经变得不明确了，还有很多人沿用这两个名称明确了，还有很多人沿用这两个名称A分立发光的衰减分立发光的衰减衰减过程衰减过程激发态的寿命激发态的寿命分立发光衰减的规律是指数式的分立发光衰减的规律是指数式的激发态可以跃迁到不同的基态时激发态可以跃迁到不同的基态时只要始态能级一样，相应的发只要始态能级一样，相应的发光就有一样的衰减时间光就有一样的衰减时间B 复合发光复合发光假设

17、两类载流了数目相等，都等于假设两类载流了数目相等，都等于n任何一个载流子都可以和异号的任何任何一个载流子都可以和异号的任何个载流子复合个载流子复合实用上将荧光粉的亮度下降到激发停顿的霎时亮实用上将荧光粉的亮度下降到激发停顿的霎时亮度的度的10%所经历的时间称作余辉时间所经历的时间称作余辉时间显示技术中常用的余辉划分显示技术中常用的余辉划分为了适应人眼的频率响应特性，家用电视要求为了适应人眼的频率响应特性，家用电视要求2030ms以下的中短余辉以下的中短余辉荧光粉荧光粉显示管一般要求显示管一般要求50ms至数百毫秒的长余辉荧光粉至数百毫秒的长余辉荧光粉三基色荧光粉的余辉特性要求根本一致有时需要特

18、意引入适当的猝灭剂，三基色荧光粉的余辉特性要求根本一致有时需要特意引入适当的猝灭剂，如如Ni，Co等等课堂练习l激发光谱的横坐标和纵坐标分别表示什么参量激发光谱的横坐标和纵坐标分别表示什么参量l横坐标：激发光的波长横坐标：激发光的波长l纵坐标：特定波长或谱带发射光的强度或光通量纵坐标：特定波长或谱带发射光的强度或光通量l常见的激发光谱或发射光谱的纵坐标一般为相对强度常见的激发光谱或发射光谱的纵坐标一般为相对强度l工程上将激发停顿后发光强度降低到起始值的工程上将激发停顿后发光强度降低到起始值的 所所需的时间作为荧光粉的余辉时间需的时间作为荧光粉的余辉时间10%正确正确考虑题考虑题1、什么是发光，它有什么特点？、什么是发光，它有什么特点？2、发光和热辐射有什么区别？、发光和热辐射有什么区别？3、发光所经历的主要物理过程有哪些？、发光所经历的主要物理过程有哪些？4、从发光经历的物理过程分析，如何才干保证日光灯具有较高的发光效率、从发光经历的物理过程分析，如何才干保证日光灯具有较高的发光效率5、列举常见的荧光粉器件，根据发光资料的激发方式说明其中发光资料的发光类型、列举常见的荧光粉器件，根据发光资料的激发方式说明其中发光资料的发光类型6、什么是激发光谱，什么是发射光谱？、什么是激发光谱，什么是发射光谱？7、发光效率有哪三种不同的表达形式，分别说明之。、