Люминесценция

 

Люминесценция (холодное свечение) – свечение тел при низкой температуре, так что в тепловом излучении отсутствует излучение в видимом диапазоне. Оно наблюдается после возбуждения атомов и молекул вещества. По продолжительности послесвечения (после прекращения действия внешнего возбуждения) от 10^-9с до нескольких суток. Люминесценция подразделяется на флюоресценцию (кратковременное послесвечение) и фосфоресценцию (длительное), хотя резкой границы между ними нет.

Свечение при люминесценции не прекращается одновременно с вызвавшей его причиной. В зависимости от способа возбуждения различают фото-люминесценцию, рентгено-, радио-, котодо-, электро-, хемилюминесценцию.

 

Спектры люминесцентного излучения и их максимумы сдвинуты в сторону более длинных волн относительно спектра возбуждающего излучения (правило Стокса).

В соответствии с квантовой теорией излучения, поглотив квант энергии hυ₀, атом переходит в возбужденное состояние и теряет при этом часть полученной энергии. Оставшаяся энергия излучается в виде кванта hυ

 

.

То есть частота люминесцентного излучения меньше частоты поглощения. Вещества, обладающие ярко выраженной способностью люминесцировать называются люминофорами. Степень преобразования поглощенной энергии ε₀ в энергию люминесценции ε характеризуется энергетическим выходом η=ε/ε₀.

Согласно закону С.И. Вавилова

Квантовый выход возрастает пропорционально длине волны возбуждающего излучения, а затем, достигнув максимума (насыщения), резко уменьшается.

Люминесценция широко используется в технике – люминесцентные лампы, электронно-лучевые трубки, люминесцентный анализ и другие применения. Люминесцентный анализ применяется также в медицине и ветеринарии. Значительная часть органических соединений (кислоты, жиры, красители) при облучении ультрафиолетом люминесцируют. Изучение люминесцентного излучения позволяет анализировать состояние пищевых продуктов, фармакологических веществ, волокон растительного и животного происхождения. Он применяется также при диагностике кожных заболеваний. Наблюдается также сверхслабое свечение биологических объектов – метаболическая люминесценция, характерная для живых организмов.

При люминесценции атомы из возбужденного состояния в устойчивое переходят спонтанно (самопроизвольно), однако эти переходы могут быть инициированы за счет какого либо внешнего воздействия.

Вследствие вспышки импульсной лампы атомы переводятся в возбужденное состояние.

 

Рисунок 78.

 

Если один из атомов испускает фотон, летящий вдоль оси рабочего вещества (кристалла, газа, полупроводника), то он инициирует излучение других атомов и образуется лавина фотонов. Так как волны, соответствующие этим фотонам совпадают по фазе, то амплитуда излучения непрерывно возрастает. Многократно отражаясь от плоскопараллельных зеркал (правое полупрозрачное), свет усиливается и выходит наружу в виде монохроматического когерентного излучения. На рисунке 78 показано устройство квантового лазерного генератора.

 

 

Фотоны, летящие под углом к оси лазера «выходят из обращения» и не участвуют в формировании

 

По длительности свечения люминесценция делится на фосеро- и флюоресценцию.