發(fā)光的定義及特點(diǎn)ppt課件

1、本章重點(diǎn)l發(fā)光的定義和特點(diǎn)發(fā)光的定義和特點(diǎn)l發(fā)光與熱輻射的區(qū)別發(fā)光與熱輻射的區(qū)別l發(fā)光資料的分類方法發(fā)光資料的分類方法l發(fā)光現(xiàn)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程發(fā)光現(xiàn)象所經(jīng)歷的物理過(guò)程l發(fā)光的幾個(gè)重要參數(shù)發(fā)光的幾個(gè)重要參數(shù)一、光的實(shí)質(zhì)l波粒二相性波粒二相性 l動(dòng)搖性動(dòng)搖性l電學(xué)及磁學(xué)分量組成的電學(xué)及磁學(xué)分量組成的l互成互成90l簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)l波長(zhǎng)和頻率兩個(gè)參量波長(zhǎng)和頻率兩個(gè)參量l干預(yù)、衍射現(xiàn)象干預(yù)、衍射現(xiàn)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為單位組成的部分光能量為單位組成的光子光子光子能量為光子能量為光電導(dǎo)、光電發(fā)射、發(fā)光及光化學(xué)等效應(yīng)都

2、是粒光電導(dǎo)、光電發(fā)射、發(fā)光及光化學(xué)等效應(yīng)都是粒子性的表達(dá)子性的表達(dá)hE 二、光的發(fā)射l熱熱輻輻射射l任任何何高高于于0K的的物物體體都都會(huì)會(huì)向向外外輻輻射射能能量量l連連續(xù)續(xù)光光譜譜光光強(qiáng)強(qiáng)隨隨波波長(zhǎng)長(zhǎng)的的變變化化關(guān)關(guān)系系l隨隨著著溫溫度度的的升升高，高，輻輻射射的的總總功功率率增增大，大，輻輻射射的的光光譜譜分分布布向向短短波波方方向向挪挪動(dòng)動(dòng)l平平衡衡輻輻射射l效效率率低低白白熾熾燈燈 10%，主主要要為為紅紅外外輻輻射射l發(fā)發(fā)光光l日光燈發(fā)光有何特點(diǎn)呢？日光燈發(fā)光有何特點(diǎn)呢？l白色光白色光l燈管溫度不高，接近常溫?zé)艄軠囟炔桓撸咏豯顯然不是熱輻射發(fā)光顯然不是熱輻射發(fā)光l效率比白熾燈高

3、得多效率比白熾燈高得多80 lm/W以上以上日光燈的發(fā)光過(guò)程日光燈的發(fā)光過(guò)程燈管內(nèi)的氣體水銀蒸汽放燈管內(nèi)的氣體水銀蒸汽放電產(chǎn)生紫外線電產(chǎn)生紫外線254nm紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光l發(fā)光發(fā)光l不需要將發(fā)光資料加熱到高溫如日光燈、顯像管不需要將發(fā)光資料加熱到高溫如日光燈、顯像管等常溫下就可產(chǎn)生光發(fā)射等常溫下就可產(chǎn)生光發(fā)射l原因：電子在不同高能態(tài)上的分布偏離熱平衡分布原因：電子在不同高能態(tài)上的分布偏離熱平衡分布l從這些高能態(tài)的躍遷而來(lái)的光就會(huì)比相應(yīng)溫度下同從這些高能態(tài)的躍遷而來(lái)的光就會(huì)比相應(yīng)溫度下同樣波長(zhǎng)的發(fā)射強(qiáng)很多樣波長(zhǎng)的發(fā)射強(qiáng)很多l(xiāng)需要以某種方式把能量交給物體使電子升到一定高需要

4、以某種方式把能量交給物體使電子升到一定高能態(tài)能態(tài)激發(fā)過(guò)程激發(fā)過(guò)程l只是在少數(shù)中心進(jìn)展，不會(huì)影響物體的溫度只是在少數(shù)中心進(jìn)展，不會(huì)影響物體的溫度l可以更有效地把外界提供的能量轉(zhuǎn)化成我們所需要可以更有效地把外界提供的能量轉(zhuǎn)化成我們所需要的可見(jiàn)光的可見(jiàn)光三、發(fā)光的定義l發(fā)光就是物體不經(jīng)過(guò)熱階段而將其內(nèi)部以發(fā)光就是物體不經(jīng)過(guò)熱階段而將其內(nèi)部以某種方式吸收的能量直接以光能的形式釋某種方式吸收的能量直接以光能的形式釋放出來(lái)的非平衡輻射過(guò)程放出來(lái)的非平衡輻射過(guò)程四、發(fā)光的特點(diǎn)l冷光冷光l發(fā)光體和四周環(huán)境的溫度幾乎是一樣的，并不需要加溫發(fā)光體和四周環(huán)境的溫度幾乎是一樣的，并不需要加溫l只要個(gè)別中心得到能量，四

5、周大量的中心仍處于未被激只要個(gè)別中心得到能量，四周大量的中心仍處于未被激發(fā)的狀態(tài)發(fā)的狀態(tài)l衰減余輝衰減余輝l從外界吸收能量到放出光來(lái)，花費(fèi)一定時(shí)間。從外界吸收能量到放出光來(lái)，花費(fèi)一定時(shí)間。l發(fā)出的光既有反映這個(gè)物質(zhì)特點(diǎn)的光譜，又有一定的衰發(fā)出的光既有反映這個(gè)物質(zhì)特點(diǎn)的光譜，又有一定的衰減規(guī)律減規(guī)律l與反射光、散射光、契連科夫輻射等區(qū)分與反射光、散射光、契連科夫輻射等區(qū)分契連科夫輻射契連科夫輻射 l假如電子或其它帶電粒子在真空中具有很高的速度接近光速，那么當(dāng)它進(jìn)入折射系數(shù)較大的物質(zhì)時(shí)，它的速度有可能大于光在該物質(zhì)中的速度。這種情況下，電子或其它帶電粒子能量的一部分會(huì)轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光或紫外光發(fā)射進(jìn)來(lái)，

6、這種現(xiàn)象是前蘇聯(lián)物理學(xué)家契連科夫首先發(fā)現(xiàn)的，被稱為契連科夫效應(yīng)。 五、發(fā)光的分類l以以某某種種方方式式將將能能量量交交給給物物體體使使電電子子提提升升到到一一定定高高能能態(tài)態(tài)的的過(guò)過(guò)程程稱稱為為激激發(fā)發(fā)l一一般般按按激激發(fā)發(fā)能能來(lái)來(lái)源源劃劃分分l機(jī)機(jī)械械發(fā)發(fā)光光機(jī)機(jī)械械能能ZnS:Mn在在振振動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)光光l物物理理發(fā)發(fā)光光物物理理能能進(jìn)進(jìn)一一步步劃劃分分l化化學(xué)學(xué)發(fā)發(fā)光光化化學(xué)學(xué)能能熒熒光光棒棒l生生物物發(fā)發(fā)光光 生生物物化化學(xué)學(xué)能能螢螢火火蟲(chóng)蟲(chóng)物理發(fā)光根據(jù)資料的物相分類l氣體放電氣體放電l只合適于氣態(tài)物質(zhì)只合適于氣態(tài)物質(zhì)l固體發(fā)光固體發(fā)光 l最常用，最廣泛最常用，最廣泛l液體發(fā)光液體發(fā)光

7、l常用于資料分析常用于資料分析1氣體放電發(fā)光氣體放電發(fā)光只合適氣態(tài)物質(zhì)只合適氣態(tài)物質(zhì)氣體中的帶電粒子電子和離子就會(huì)在電氣體中的帶電粒子電子和離子就會(huì)在電場(chǎng)的作用下加速場(chǎng)的作用下加速帶電粒子氣體中的原子或分子碰撞電離產(chǎn)生帶電粒子氣體中的原子或分子碰撞電離產(chǎn)生新的電子和離子新的電子和離子使原本不導(dǎo)電的氣體變得導(dǎo)電了使原本不導(dǎo)電的氣體變得導(dǎo)電了l氣體放電總隨同著光的發(fā)射l氣體放電過(guò)程中，有的原子、分子或離子在碰撞過(guò)程中會(huì)被激發(fā)到高能態(tài)，從而會(huì)發(fā)出光來(lái)hXX*l激發(fā)還可以通過(guò)異類原子或分子間的激發(fā)還可以通過(guò)異類原子或分子間的共振能量傳送間接地實(shí)現(xiàn)共振能量傳送間接地實(shí)現(xiàn)氣體放電的應(yīng)用l霓霓虹虹燈燈l日日

8、光光燈燈lPDPl氣氣體體激激光光器器l激激光光泵泵浦浦l紫紫外外殺殺菌菌燈燈l投投影影光光源源l2固體發(fā)光固體發(fā)光A有機(jī)資料有機(jī)資料B無(wú)機(jī)資料無(wú)機(jī)資料晶體晶體半導(dǎo)體發(fā)光二極管、激光器半導(dǎo)體發(fā)光二極管、激光器粉末粉末熒光粉熒光粉薄膜薄膜電致發(fā)光電致發(fā)光單晶薄膜單晶薄膜發(fā)光粉混入介質(zhì)形成的薄膜發(fā)光粉混入介質(zhì)形成的薄膜直接制成的薄膜直接制成的薄膜物理發(fā)光根據(jù)激發(fā)方式分類l光光致致發(fā)發(fā)光光Photoluminescence， PLl激激發(fā)發(fā)能能為為電電磁磁輻輻射，射，如如日日光光燈燈中中的的熒熒光光粉粉發(fā)發(fā)光，光，激激發(fā)發(fā)光光主主要要為為254 nm紫紫外外線線l陰陰極極射射線線發(fā)發(fā)光光Cathod

9、oLuminescence，CLl激激發(fā)發(fā)能能為為電電子子束束的的動(dòng)動(dòng)能，能，如如CRT、FED等等l電電致致發(fā)發(fā)光光ElectroLuminescence, ELl激激發(fā)發(fā)能能為為電電場(chǎng)場(chǎng)能能l高高能能粒粒子子發(fā)發(fā)光光x射射線、線、高高能能粒粒子子激激發(fā)發(fā)常見(jiàn)熒光粉器件的發(fā)光類型課堂練習(xí)l有光的發(fā)射就是發(fā)光這一說(shuō)法是否正確？l發(fā)光資料發(fā)出的光稱為“冷光是因?yàn)榘l(fā)光資料發(fā)光時(shí)不需要被加熱到高溫l激發(fā)停頓后，發(fā)光一定會(huì)延續(xù)一段時(shí)間l陰極射線發(fā)光是由電子束陰極射線發(fā)射的l日光燈和PDP的熒光粉發(fā)光都屬于光致發(fā)光錯(cuò)誤錯(cuò)誤正確正確正確正確正確正確錯(cuò)誤錯(cuò)誤6. 發(fā)光資料一般依照激發(fā)的方式進(jìn)展分類發(fā)光資料一

10、般依照激發(fā)的方式進(jìn)展分類正確正確以下器件熒光粉的發(fā)光類型分別是？以下器件熒光粉的發(fā)光類型分別是？陰極射線管陰極射線管陰極射線發(fā)光陰極射線發(fā)光節(jié)能燈節(jié)能燈光致發(fā)光光致發(fā)光PDP光致發(fā)光光致發(fā)光冷陰極熒光燈冷陰極熒光燈光致發(fā)光光致發(fā)光白光白光LED藍(lán)色芯片藍(lán)色芯片光致發(fā)光光致發(fā)光器件名稱器件名稱發(fā)光類型發(fā)光類型六、資料發(fā)光所經(jīng)歷的主要過(guò)程l激激發(fā)發(fā)l發(fā)發(fā)光光必必需需首首先先從從外外界界獲獲取取能能量量l將將體體內(nèi)內(nèi)的的原原子、子、分分子子或或離離子子從從基基態(tài)態(tài)激激發(fā)發(fā)到到高高能能態(tài)態(tài)l輻輻射射躍躍遷遷l高高能能態(tài)態(tài)激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)是是一一種種不不穩(wěn)穩(wěn)定定的的狀狀態(tài)，態(tài)，l粒粒子子遲遲早早會(huì)會(huì)從從激激

11、發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)躍躍遷遷回回基基態(tài)，態(tài)，釋釋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釋釋放放出出來(lái)來(lái)的的就就稱稱之之為為輻輻射射躍躍遷遷注意注意并非所有被發(fā)光資料吸收的激發(fā)能都能轉(zhuǎn)化為并非所有被發(fā)光資料吸收的激發(fā)能都能轉(zhuǎn)化為光輻射輸出光輻射輸出從高能態(tài)到基態(tài)的躍遷并非只要發(fā)光這一種方從高能態(tài)到基態(tài)的躍遷并非只要發(fā)光這一種方式式無(wú)輻射躍遷無(wú)輻射躍遷能量傳輸能量傳輸l無(wú)輻射躍遷無(wú)輻射躍遷l從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過(guò)程假設(shè)不產(chǎn)生光從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過(guò)程假設(shè)不產(chǎn)生光子輻射輸出子輻射輸出l輻射躍遷的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程，會(huì)降低資料的發(fā)光輻射躍遷的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程，會(huì)降低資料的發(fā)光效率效率l量子效率：

12、量子效率：l激發(fā)能量的傳輸激發(fā)能量的傳輸lHe-Ne氣體放電發(fā)光氣體放電發(fā)光l 熒光粉的發(fā)光熒光粉的發(fā)光1、鹵粉的光譜、鹵粉的光譜2 、參與紅粉后的光譜、參與紅粉后的光譜3、參與的紅粉光譜、參與的紅粉光譜Sb3+Mn2+小結(jié)發(fā)光所經(jīng)歷的主要物理過(guò)程l激激發(fā)發(fā)過(guò)過(guò)程：程：發(fā)發(fā)光光資資料料從從外外界界吸吸收收能能量，量，將將發(fā)發(fā)光光中中心心從從基基態(tài)態(tài)激激發(fā)發(fā)到到激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)l輻輻射射躍躍遷遷過(guò)過(guò)程：程：發(fā)發(fā)光光中中心心從從激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)躍躍遷遷回回基基態(tài)，態(tài)，多多余余的的能能量量以以光光子子的的形形式式釋釋放放出出來(lái)來(lái)l無(wú)無(wú)輻輻射射躍躍遷遷過(guò)過(guò)程：程：發(fā)發(fā)光光中中心心從從激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)躍躍遷遷回回基

13、基態(tài)，態(tài)，多多余余的的能能量量一一聲聲子子的的形形式式釋釋放放到到晶晶格格中，中，導(dǎo)導(dǎo)致致資資料料溫溫度度的的升升高高l能能量量傳傳輸輸過(guò)過(guò)程：程：輸輸入入的的激激發(fā)發(fā)能能在在基基質(zhì)質(zhì)與與發(fā)發(fā)光光中中心心間、間、發(fā)發(fā)光光中中心心與與發(fā)發(fā)光光中中心心間間進(jìn)進(jìn)展展傳傳送送課堂練習(xí)l發(fā)光資料要發(fā)光就必需首先吸收能量發(fā)光資料要發(fā)光就必需首先吸收能量l一般來(lái)說(shuō)，發(fā)光資料的量子效率不超越一般來(lái)說(shuō)，發(fā)光資料的量子效率不超越100%l無(wú)輻射躍遷會(huì)降低資料的發(fā)光效率無(wú)輻射躍遷會(huì)降低資料的發(fā)光效率l發(fā)光經(jīng)歷的物理過(guò)程按以下順序發(fā)生：發(fā)光經(jīng)歷的物理過(guò)程按以下順序發(fā)生：l 激發(fā)激發(fā)輻射躍遷輻射躍遷無(wú)輻射躍遷無(wú)輻射躍遷

14、能量能量傳送傳送正確正確正確正確正確正確錯(cuò)誤錯(cuò)誤2.4、表征發(fā)光的主要性能指標(biāo)1、激發(fā)光譜發(fā)光資料特定波長(zhǎng)的發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)、激發(fā)光譜發(fā)光資料特定波長(zhǎng)的發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)光波長(zhǎng)的關(guān)系。光波長(zhǎng)的關(guān)系。 確定對(duì)發(fā)光有奉獻(xiàn)的激發(fā)光波長(zhǎng)范圍確定對(duì)發(fā)光有奉獻(xiàn)的激發(fā)光波長(zhǎng)范圍的激發(fā)光譜橫坐標(biāo)：橫坐標(biāo)： 激發(fā)光波長(zhǎng)激發(fā)光波長(zhǎng)縱坐標(biāo)：發(fā)光強(qiáng)度效率縱坐標(biāo)：發(fā)光強(qiáng)度效率通常為相對(duì)值通常為相對(duì)值2. 發(fā)射光譜發(fā)射光譜在一定激發(fā)源的激發(fā)下，發(fā)光資料的發(fā)光能在一定激發(fā)源的激發(fā)下，發(fā)光資料的發(fā)光能量或發(fā)光強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布量或發(fā)光強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布光譜的線型：光譜的線型：線譜線譜寬帶譜寬帶譜線譜線譜+寬帶譜寬帶譜橫坐標(biāo)：橫坐標(biāo)：

15、發(fā)射光波長(zhǎng)發(fā)射光波長(zhǎng)縱坐標(biāo)：發(fā)光強(qiáng)度效率縱坐標(biāo)：發(fā)光強(qiáng)度效率通常為相對(duì)值通常為相對(duì)值Gauss函數(shù)函數(shù) 表示表示3. 發(fā)光效率發(fā)光效率發(fā)光效率反映了資料吸收激發(fā)能量后轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽馨l(fā)光效率反映了資料吸收激發(fā)能量后轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿谋壤谋壤芰啃使β市誓芰啃使β市拾l(fā)光輻射能量與吸收能量之比發(fā)光輻射能量與吸收能量之比量子效率量子效率輻射出的量子數(shù)與吸收的量子數(shù)之比輻射出的量子數(shù)與吸收的量子數(shù)之比 流明效率流明效率發(fā)射的光通量與吸收的能量之比發(fā)射的光通量與吸收的能量之比4. 發(fā)光的增長(zhǎng)與衰減發(fā)光的增長(zhǎng)與衰減發(fā)光的馳豫是發(fā)光的重要特征之一發(fā)光的馳豫是發(fā)光的重要特征之一將激發(fā)停頓后立即停頓的發(fā)光稱為熒光

16、將激發(fā)停頓后立即停頓的發(fā)光稱為熒光人眼不可覺(jué)察人眼不可覺(jué)察激發(fā)停頓后，延續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)光稱激發(fā)停頓后，延續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)光稱為磷光為磷光人眼可見(jiàn)人眼可見(jiàn)隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開(kāi)展，這種區(qū)分已經(jīng)變得不隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開(kāi)展，這種區(qū)分已經(jīng)變得不明確了，還有很多人沿用這兩個(gè)名稱明確了，還有很多人沿用這兩個(gè)名稱A分立發(fā)光的衰減分立發(fā)光的衰減衰減過(guò)程衰減過(guò)程激發(fā)態(tài)的壽命激發(fā)態(tài)的壽命分立發(fā)光衰減的規(guī)律是指數(shù)式的分立發(fā)光衰減的規(guī)律是指數(shù)式的激發(fā)態(tài)可以躍遷到不同的基態(tài)時(shí)激發(fā)態(tài)可以躍遷到不同的基態(tài)時(shí)只要始態(tài)能級(jí)一樣，相應(yīng)的發(fā)只要始態(tài)能級(jí)一樣，相應(yīng)的發(fā)光就有一樣的衰減時(shí)間光就有一樣的衰減時(shí)間B 復(fù)合發(fā)光復(fù)合發(fā)光假設(shè)

17、兩類載流了數(shù)目相等，都等于假設(shè)兩類載流了數(shù)目相等，都等于n任何一個(gè)載流子都可以和異號(hào)的任何任何一個(gè)載流子都可以和異號(hào)的任何個(gè)載流子復(fù)合個(gè)載流子復(fù)合實(shí)用上將熒光粉的亮度下降到激發(fā)停頓的霎時(shí)亮實(shí)用上將熒光粉的亮度下降到激發(fā)停頓的霎時(shí)亮度的度的10%所經(jīng)歷的時(shí)間稱作余輝時(shí)間所經(jīng)歷的時(shí)間稱作余輝時(shí)間顯示技術(shù)中常用的余輝劃分顯示技術(shù)中常用的余輝劃分為了適應(yīng)人眼的頻率響應(yīng)特性，家用電視要求為了適應(yīng)人眼的頻率響應(yīng)特性，家用電視要求2030ms以下的中短余輝以下的中短余輝熒光粉熒光粉顯示管一般要求顯示管一般要求50ms至數(shù)百毫秒的長(zhǎng)余輝熒光粉至數(shù)百毫秒的長(zhǎng)余輝熒光粉三基色熒光粉的余輝特性要求根本一致有時(shí)需要特

18、意引入適當(dāng)?shù)拟鐒?，三基色熒光粉的余輝特性要求根本一致有時(shí)需要特意引入適當(dāng)?shù)拟鐒缛鏝i，Co等等課堂練習(xí)l激發(fā)光譜的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示什么參量激發(fā)光譜的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別表示什么參量l橫坐標(biāo)：激發(fā)光的波長(zhǎng)橫坐標(biāo)：激發(fā)光的波長(zhǎng)l縱坐標(biāo)：特定波長(zhǎng)或譜帶發(fā)射光的強(qiáng)度或光通量縱坐標(biāo)：特定波長(zhǎng)或譜帶發(fā)射光的強(qiáng)度或光通量l常見(jiàn)的激發(fā)光譜或發(fā)射光譜的縱坐標(biāo)一般為相對(duì)強(qiáng)度常見(jiàn)的激發(fā)光譜或發(fā)射光譜的縱坐標(biāo)一般為相對(duì)強(qiáng)度l工程上將激發(fā)停頓后發(fā)光強(qiáng)度降低到起始值的工程上將激發(fā)停頓后發(fā)光強(qiáng)度降低到起始值的 所所需的時(shí)間作為熒光粉的余輝時(shí)間需的時(shí)間作為熒光粉的余輝時(shí)間10%正確正確考慮題考慮題1、什么是發(fā)光，它有什么特點(diǎn)？、什么是發(fā)光，它有什么特點(diǎn)？2、發(fā)光和熱輻射有什么區(qū)別？、發(fā)光和熱輻射有什么區(qū)別？3、發(fā)光所經(jīng)歷的主要物理過(guò)程有哪些？、發(fā)光所經(jīng)歷的主要物理過(guò)程有哪些？4、從發(fā)光經(jīng)歷的物理過(guò)程分析，如何才干保證日光燈具有較高的發(fā)光效率、從發(fā)光經(jīng)歷的物理過(guò)程分析，如何才干保證日光燈具有較高的發(fā)光效率5、列舉常見(jiàn)的熒光粉器件，根據(jù)發(fā)光資料的激發(fā)方式說(shuō)明其中發(fā)光資料的發(fā)光類型、列舉常見(jiàn)的熒光粉器件，根據(jù)發(fā)光資料的激發(fā)方式說(shuō)明其中發(fā)光資料的發(fā)光類型6、什么是激發(fā)光譜，什么是發(fā)射光譜？、什么是激發(fā)光譜，什么是發(fā)射光譜？7、發(fā)光效率有哪三種不同的表達(dá)形式，分別說(shuō)明之。、