發光學

當某種物質受到諸如光的照射、外加電場或電子束轟擊等的激發後，只要該物質不會因此而發生化學變化，它總要回復到原來的平衡狀態。在這個過程中，一部分多餘的能量會通過光或熱的形式釋放出來。如果這部分能量是以可見光或近可見光的電磁波形式發射出來的，就稱這種現象為發光。

基本介紹

• 中文名：發光學
• 外文名：luminescence theory

概念發展

對於發光現象的研究，從對它的光譜的研究（斯托克斯定則，1852年）開始，直到“發光”這一概念的提出（G.H.魏德曼，1888年），人們只注意到了發光同熱輻射之間的區別。

1936年，С.N.瓦維洛夫引入了發光期間這一概念（即餘輝），並以此作為發光現象的另一個主要的判據，至此發光才有了確切的定義。

發光分類

對於各種發光現象，可按其被激發的方式進行分類：光致發光、電致發光、陰極射線發光、X射線及高能粒子發光、化學發光和生物發光等。

光致發光

光致發光是用光激發發光體引起的發光現象。它大致經過吸收、能量傳遞及光發射三個階段。光的吸收及發射都發生於能級之間的躍遷，都經過激發態。而能量傳遞則是由於激發態的運動。

電致發光

可將電能直接轉換成光能的現象是電致發光。過去又因這是在電場作用下產生的發光，還曾使用過“場致發光”的術語。

電致發光中的一種是被稱作本徵型電致發光，是1936年由法國科學家德斯特里奧發現的，所以又稱作德斯特里奧效應。所用的發光材料電阻率很高，把它懸置在樹脂等絕緣介質中，並夾在兩塊平板電極間（其中一塊常為透明電極）。當這樣的系統與交流電源連線後，發光就可以由透明電極一側透射出來。對這種現象的典型解釋是：施主或陷阱中通過電場或熱激發到達導帶的電子，或從電極通過隧穿效應進入材料中的電子，受到電場加速獲得足夠高的能量，碰撞電離或激發發光中心，最後導致複合發光。

電致發光的另一種類型是半導體p-n結的注入式電致發光。當半導體p-n結正向偏置時，電子（空穴）會注入到p（n）型材料區。這樣注入的少數載流子會通過直接或間接的途徑與多數載流子複合。這種由載流子注入引起的複合發光被稱為注入式電致發光。由Ⅲ-V族半導體材料製成的發光二極體的發光就是這種注入式電致發光。

陰極射線發光

發光物質在電子束激發下所產生的發光，被稱作陰極射線發光。通常電子束激發時，電子所具有的能量是很大的，都在幾千電子伏以上，甚至達到幾萬電子伏。和光致發光的情況相比，這個能量是巨大的。因此，陰極射線發光的激發過程和光致發光不一樣，這是一個很複雜的過程。在光致發光的過程中，一個激發光子被發光物質吸收後，通常最多只能產生一個發光輻射的光子。但是，單從能量的觀點來看，一個高速電子的能量是光子能量的幾千倍或更多，這足以產生千百個發光輻射光子。事實上，高速的電子入射到發光物質後，將離化原子中的電子，並使它們獲得很大的動能，成為高速的次級（發射）電子。而這些高速的次級電子又可以產生次級電子，最終，這些次級電子會激發發光物質產生髮光。

X射線及高能粒子發光

在X射線、γ射線、α粒子和β粒子等高能粒子激發下，發光物質所產生的發光被稱作X射線及高能粒子發光。發光物質對X射線和高能粒子能量的吸收包括三個過程：帶電粒子的減速、高能光子的吸收和電子正電子對的形成。X射線和γ射線是不帶電的粒子流，也可以叫作高能光子流。一般地說，X光子主要產生光電效應；比X光子能量更大的γ光子，三種效應都會產生。這些效應都會產生大量的

次級電子，而這些次級電子又會進一步激發或離化發光物質而產生髮光。

α粒子和β粒子等高能粒子入射到發光物質後，會發生晶格原子的離化，產生很多具有很大動能的離化電子。這些離化電子又可以繼續引起其他原子的激發或離化，產生次級電子。這就是發光物質在高能帶電粒子激發下的能量吸收過程。當這些激發或離化狀態重新回到平衡態時，就產生了發光。

化學發光

由化學反應過程中釋放出來的能量激發發光物質所產生的發光，被稱作化學發光。

生物發光

在生物體內，由於生命過程的變化，其相應的生化反應釋放的能量激發發光物質所產生的發光被稱作生物發光。