Люминесценция

По длительности свечения условно различают два вида фотолюминесценции: флуоресценция, при которой свечение прекращается практически одновременно с прекращением освещения ( с), и фосфоресценция, при которой имеет место затухающее послесвечение в течение длительного промежутка времени.

При фотолюминесценции энергия поглощенного фотона расходуется частично на энергию излученного фотона и частично остается в веществе. Этот остаток обычно обозначают символом . Согласно закону сохранения энергии

. (25)

Обычно , соответственно и .

Соотношение (25) называется правилом Стокса (установлено в 1852 г.): длина волны люминесцентного излучения всегда больше длины волны света, возбудившего его.

Однако с повышением температуры вещества может наблюдаться и обратное явление – антистоксовое излучение, при котором и . Это означает, что при люминесценции часть люминесцирующего света проходя через толстые слои вещества, может поглощаться этим веществом.

Широкое и тщательное изучение люминесценции было предпринято С.И. Вавиловым и его сотрудниками.

Для характеристики явления люминесценции вводят понятие квантовый выход люминесценции (), т.е. отношение излучаемой энергии к энергии, поглощенной люминесцирующим веществом. Из экспериментальных данных следует, что величина вначале растет с увеличением длины волны возбуждающего света, далее в некотором интервале длин волн остается постоянной, а затем резко падает.

Это общие закономерности люминесценции. Остановимся теперь подробнее на флуоресценции и фосфоресценции.

При флуоресценции процесс поглощения и излучения света проходит внутри поглощающих молекул и поэтому мало зависит от внешних условий. Излучение возникает при переходе электрона из возбужденного состояния, вследствие поглощения фотона падающего света, в обычное, нормальное состояние. При этом длительность послесвечения определяется временем жизни атома или молекулы в возбужденном состоянии. При флуоресценции энергия поглощаемого фотона должна быть в точности равна разности энергетических уровней электрона.

Фотон поглощается, переводя молекулу в возбужденное состояние. Обратный переход осуществляется либо сразу, либо поэтапно.

Изучение спектров флуоресцирующих веществ позволяет разбираться в их свойствах и строении (аналогично оптическим спектрам).

В фосфоресцирующих кристаллах – фосфорах – энергия поглощаемого фотона достаточна, чтобы удалить электрон от оптических центров. Электрон может быть захвачен другим оптическим центром, перейти на низший энергетический уровень и излучить квант света – фотон. Поскольку время жизни электрона в свободном состоянии велико, то и время послесвечения для фосфоров достаточно длительно. Необходимо заметить, что повышение температуры сильно сокращает это время.