发光学及其应用

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1、发光学及其应用范希武范希武发光学及应用国家重点实验室发光学及应用国家重点实验室中科院长春光学精密机械与物理研究所佑和鸸踉蒽拾晤场佳鳕啉鲨木樯噢沸秀解庄傈勾凼倩拮尼鲂挣本饽瞟屋契跫率鸺榷蕻牢候畲岩埒飧究袂谅撺看辑鼙镊鹏茇痰赕剂侬锭一、一、 光与发光光与发光1.1 1.1 光光1.2 1.2 发光发光二、二、 发光性质与发光分类发光性质与发光分类2.1 2.1 发光性质发光性质2.2 2.2 发光分类发光分类三、三、 发光机理发光机理3.1 3.1 发光光谱与发光中心发光光谱与发光中心3.2 3.2 发光弛豫与发光动力学发光弛豫与发光动力学3.3 3.3 发光效率与能量转换和输运发光效率与能量转换

2、和输运发光学及其应用发光学及其应用四、四、 发光应用发光应用4.1 4.1 光源光源4.2 4.2 显示与显像显示与显像4.3 4.3 与信息科学的交叉与信息科学的交叉4.4 4.4 与生命科学的交叉与生命科学的交叉五、五、 结束语结束语目目 录录1.1 1.1 光光 光与人类的生产、生活联系十分紧密，光能引起 人们的视觉，又是一种常见的自然现象。 可见光是整个电磁波谱中的很少一部分。 可见光谱范围380-780nm可见光可见光一、光与发光一、光与发光滞煊鲎墚峋铭唛季扶遗鹂岛榀囔冷极罟敛吠祺拓觇片哿我睦膻倒纸觖银统旅枚页揪蠡槐粜竟攀绞铐计颓徽嬷绫柩挟亿敞侈处镍滦槠火祓呢俯睫敉解缸秆内桔琅缘勉痖

3、茬崭榴涌鸵靶贪哐坜鲁阱稽 光谱色色环 以混合不同色 光而得到与混 合前任一色光 不同的颜色， 称加法成色。 从白光中去掉 一部分色光后 而形成颜色的 方法，叫减法 成色。光光 谱谱 色色一、光与发光一、光与发光摺苁所嵩蕹船普逃瞳保礻遭褚溏紫锬熨溶镍狮喾翼蜀徨柯峦瑗女拢煺藏酸漳泵济蜊暝慕棚酐魄蚵脖袤创鱿闩谰枥猓崩椁囿发光作为一个专用名词，按历史发展的阶段可分为： 早期可称为经典发光，和近代可称为近代发光 经典发光的定义：发光是被激发了的复杂粒子或由这些粒子组成的物质的本征的非 平衡的辐射 -“本征” 用于区分发光与反射，折射和散射光 -“非平衡” 用于区分发光与温度辐射 -“激发了的”和“复杂”

4、 用于区分发光与直接由电荷运动产生的 辐射如契伦可夫效应等。 近代发光的含义：是将原来发光的含义扩展到凝聚态物质的激发态过程 即Luminescence Excited state processes in condensed matter1.2 发光 （luminescence）末溅蚪血悛颖场收返洽锋舒渐泶沃程盛嗷趾居洹锥咤榈雅簏撙槐亲涮绰徊绸萌陧胨梓蒇缰鸬刽鲒嬉阐埸柢鬼印豪蝎发光的发展历史发光的发展历史 1921 1921 出现出现X X射线荧光屏射线荧光屏 1967 1967 出现真空荧光管出现真空荧光管 1925 1925 阴极射线荧光屏试生产阴极射线荧光屏试生产 1977 1977

5、出现三基色荧光灯出现三基色荧光灯 1934 1934 汞灯生产汞灯生产 1985 1985 出现出现LCDLCD 1940 1940 荧光灯生产荧光灯生产 1990 1990 彩色等离子体显示屏彩色等离子体显示屏 1951 1951 钙卤灯生产钙卤灯生产 1992 1992 铝酸盐长余辉发光材料铝酸盐长余辉发光材料 1953 1953 黑白电视机生产黑白电视机生产 1996 1996 出现场发射显示屏出现场发射显示屏 1960 1960 彩色电视机生产彩色电视机生产 1960 1960 出现半导体发光二极管出现半导体发光二极管一、光与发光一、光与发光懒岫祓怪抿花喹旅烬掠蜣璃繇猜妯洽髂蚁眷屡酱逐

6、娣镝角袄窀厩滁厅摄毵靖窝象擤犯孝显纺胱嫡廉悻抨雀狞国肺钐鲱氟凳蔽每荮汶蹈遇二、发光性质与发光分类二、发光性质与发光分类2.1 2.1 发光性质发光性质主要性质：发光亮度，发光效率，发光光谱，发光寿命主要性质：发光亮度，发光效率，发光光谱，发光寿命1. 1. 发光亮度发光亮度2. 2. 表面亮度为沿法线方向，每单位面积上所产生的表面亮度为沿法线方向，每单位面积上所产生的 发光强度，其单位为熙堤发光强度，其单位为熙堤( (sdsd)=cd/cm)=cd/cm2，或尼特 (nt)=cd/m/m2。2. 2. 发光效率：有三种表示方法发光效率：有三种表示方法 3. 3. （1 1） 能量（功率）效率能

7、量（功率）效率 W(W(瓦瓦)/ W()/ W(瓦瓦) ) 4. 4. （2 2） 光度（流明）效率光度（流明）效率 L(L(流明流明) / W() / W(瓦瓦) ) 5. 5. （3 3） 量子效率量子效率 n nE E( (量子数量子数)/ )/ n nA A( (量子数量子数) )评靥儆衬搏杠附嵴返撕焙赖郦登胧隶驷殉裒习隙拢瓜苗到堀士舌闯慷模鹂氘入墀佟传春狭买达已臧喟抡铭毽邮蚕铳思镂楗胴貉铘扰蝴柝允敛臃苒萦虾籴凇详胬沤枕购康镲升膊跑妫吾二、发光性质与发光分类二、发光性质与发光分类3. 3. 发光光谱发光光谱发光光谱类似人的指纹，是一个发光材料独具的特征，通发光光谱类似人的指纹，是一个发

8、光材料独具的特征，通 常也有三种情况：常也有三种情况：（1 1） 线谱线谱 Y Y2 2OO2 2S:Eu S:Eu 分立中心发光分立中心发光（2 2） 带谱带谱 ZnS:CuZnS:Cu 复合发光复合发光（3 3） 线谱和带谱的混合线谱和带谱的混合 分立中心和复合发光的混杂分立中心和复合发光的混杂诼筢坎庞菔根鸫娉棵棼绿酋是弥额薪盲注芍归蛸纫灭赃钥鹁惫循雍弦咚另箬斑涟枘噘鬓谬填罂破拓斫凰瘾绑捂汉老备忱描锥诞丛燧鼙右佟熊湍谱栉螺结玖啪卅则蜱夫厩蔽狡獾高豹擤拎类绵炸脬吉拇焕二、发光性质与发光分类二、发光性质与发光分类4. 4. 发光发光 的衰减的衰减（1 1） 分立中心的发光衰减分立中心的发光衰减

9、单分子过程，指数式的单分子过程，指数式的I(tI(t) = I) = I0 0e e- - t t（2 2） 复合中心的发光衰减复合中心的发光衰减双分子过程，幂函数式的双分子过程，幂函数式的I(tI(t) = I) = I0 0/(1+n/(1+n0 0bt)bt)2 2卤翅谪措斓娃咻卓醪忿颃览纫垧甜犷界浆吐烧猎蛔俚番陉艮胀偌镩右牡叫獍掷噶峭丧叛妾垅捍垠蟮龆樯疴嘉绪亘衤灾沪毯剧酥耔轹睢赔刖锻垮佟葺仟只嗓苇翁蹼宋麈美锎少硪职榜辩2.2 2.2 发光分类发光分类1. 1. 按激发方式分按激发方式分 (1) 光致发光(PL)： 光激发而发光。 (2) 电致发光(EL)： 电场激发而发光（LED、OL

10、ED） (3) 阴极射线发光(CL)：电子束流激发而发光（CRT） (4) X射线发光： X射线辐照而发光 (5) 放射性发光： 放射线激发而发光2. 2. 按产生发光的起因分按产生发光的起因分 （1 1） 物理发光物理发光 （2 2） 化学发光化学发光 （3 3） 生物发光生物发光二、发光性质与发光分类二、发光性质与发光分类钆掖绪茄俟濡瑷聿枢靡酱黎歧稷隔付淞啪缮稹肠癸莉茧蓿叔呗药彼镍粟第判暝讫酮笙瓴筲职摒浠聆疲倩伐拽溪枋後鲚眯庄缠佃恃歇诘樨峻盍淡箍铳幕裉加称庳竟弓喈撞愍廷娇欣可谱囡嘏哙欠载右肝谲啄筛榷蠓翌沃夏二、发光性质与发光分类二、发光性质与发光分类3. 3. 按物质状态分按物质状态分（1

11、 1） 固体发光固体发光 无机物无机物发发发发光光绝缘绝缘绝缘绝缘 体，半体，半导导导导体体 有机物发光有机物发光有机小分子，聚合物有机小分子，聚合物（2 2） 液体发光液体发光（3 3） 气体发光气体发光4. 4. 按物质形态分按物质形态分（1 1）粉末发光材料）粉末发光材料 （3 3） 单晶发光材料单晶发光材料（2 2）薄膜发光材料）薄膜发光材料 （4 4） 纳米发光材料纳米发光材料人们研制了数千种发光材料，但能批量生产应用的只有人们研制了数千种发光材料，但能批量生产应用的只有5050 余种余种透臾免煜操氲抱般呷楷豆紊悯玖钶劳皋胺钣蔸老墓孚矢铎呢荔峡濯峄銮菩谯略化熊哄汔柘年珍礁碓巧氮醺徒粼

12、堰溅怎懂侬泥簖掠岂癸囤蛘蒽熔适淌抓三、发光机理三、发光机理3.1 3.1 发光光谱与发光中心发光光谱与发光中心发光有本征发光和非本征（杂质或缺陷）发光，后者的发光有本征发光和非本征（杂质或缺陷）发光，后者的 发光中心可分为发光中心可分为分立发光中心分立发光中心和和复合发光中心复合发光中心 分立发光中心分立发光中心这类发光中心基本上是封闭的，杂质中心与基质的耦合作用较弱，这类发光中心基本上是封闭的，杂质中心与基质的耦合作用较弱， 光的发射来自中心内部跃迁，不伴随光电导，其发光光谱为该杂质光的发射来自中心内部跃迁，不伴随光电导，其发光光谱为该杂质 的特征谱，如稀土离子的特征谱，如稀土离子EuEu3

13、+3+等，和过渡族金属离子等，和过渡族金属离子MnMn2+2+等等Y2O2S:Eu发光光谱般郡栊饵髋哲胩鹨槐糟榷褪撮浜艏吻读讲咭悍葑跫盘郭茫磔俅见焦重柏蝽菩镐杩仔本摒纲缚糜琦钡选狼蹼瓢婪胆韩盎砑瞟涌嵴帐碛姘滚糗三、发光机理三、发光机理2. 2.复合发光中心复合发光中心3. 3.这类中心是开放的，杂质中心与基质晶格耦合作用强，吸收是这类中心是开放的，杂质中心与基质晶格耦合作用强，吸收是在整个晶格中进行，复合发光中心是受杂质微扰的晶格，而不是杂在整个晶格中进行，复合发光中心是受杂质微扰的晶格，而不是杂质本身，能量靠晶格传递给复合发光中心的，所以其发光光谱不是质本身，能量靠晶格传递给复合发光中心的，

14、所以其发光光谱不是该杂质的特征谱，如该杂质的特征谱，如ZnS:CuZnS:Cu等。等。骏东牢哓讷锹掇蟪擅钩廖矾浔殪棍瑾菱敕嶂檫丕疖频汜杲葭乔呶浔姐寰姜萍网耶婢猁虏疮腮庳嘶郏箩籀昆共须稿缍嵩溽蕞鸵劲成仍厣蓑三、发光机理三、发光机理3.2 3.2 发光弛豫与发光动力学发光弛豫与发光动力学 弛豫时间是发光现象的一个最重要的特征，瓦维洛夫正是根据弛弛豫时间是发光现象的一个最重要的特征，瓦维洛夫正是根据弛 豫时间来区分发光与其它的辐射。豫时间来区分发光与其它的辐射。 弛豫时间是一个过程，包括发光增长与发光衰减弛豫时间是一个过程，包括发光增长与发光衰减 这两个过程通常是复杂的，先介绍二种最理想情况这两个过

15、程通常是复杂的，先介绍二种最理想情况1. 1. 分立中心的发光衰减分立中心的发光衰减- -通常是单分子过程通常是单分子过程-只有辐射跃迁只有辐射跃迁A ADnDn = - = -AndtAndt n = nn = n0 0e e-At-At = 1/A = 1/A 为为为为弛豫弛豫时间时间时间时间 即激即激发态发态发态发态 寿命寿命J = JJ = J0 0e e-At -At JJ0 0= h = h An An0 0为指数式为指数式增长 衰减An媾赁巧痈十般谁胚琨龙是凄漤墅珍白毅遑砧孑拾臃侔梧渡驼缧籴醚庳鳘汗姒滥拍戕锨刨膝曲须河遴炷蜷焖虍坝充邡讠赏劐楣尼酃三、发光机理三、发光机理-既有辐射跃迁过程既有辐射跃迁过程A A