Луминисценция — механизъм и приложение в светлинни източници

Луминисценцията е луминесценцията на вещество, която възниква в процеса на преобразуване на абсорбираната от него енергия в оптично излъчване. Този блясък не се причинява директно от нагряването на веществото.

Механизмът на явлението е свързан с факта, че под влияние на вътрешен или външен източник атоми, молекули или кристали се възбуждат в вещество, което след това излъчва фотони.

В зависимост от продължителността на така получената луминесценция, която от своя страна зависи от живота на възбуденото състояние, се прави разлика между бързо разпадаща се и продължителна луминесценция. Първият се нарича флуоресценция, вторият е фосфоресценция.

За да свети веществото, неговите спектри трябва да са дискретни, тоест енергийните нива на атомите трябва да бъдат отделени един от друг чрез забранени енергийни ленти. Поради тази причина металите в твърдо и течно състояние, които имат непрекъснат енергиен спектър, изобщо не луминисцират.

В металите енергията на възбуждане просто непрекъснато се превръща в топлина. И само в диапазона на късите вълни металите могат да изпитат рентгенова флуоресценция, тоест под действието на рентгеновите лъчи те излъчват вторични рентгенови лъчи.

Механизми на възбуждане на луминесценция

Съществуват различни механизми за възбуждане на луминесценцията, според които има няколко вида луминесценция:

• Фотолуминесценция — възбудена от светлина във видимия и ултравиолетовия диапазон.

• Хемилуминесценция — предизвикана от химична реакция.

• Катодолуминесценция — възбудена от катодни лъчи (бързи електрони).

• Сонолуминесценцията се възбужда в течност чрез ултразвукова вълна.

• Радиолуминесценция — възбудена от йонизиращо лъчение.

• Триболуминесценцията се възбужда чрез триене, смачкване или разделяне на фосфори (електрически разряди между наелектризирани фрагменти) и в този случай светлината на разреждането възбужда фотолуминесценцията.

• Биолуминесценцията е сиянието на живите организми, постигнато от тях независимо или с помощта на други участници в симбиоза.

• Електролуминесценция — възбудена от електрически ток, преминал през фосфор.

• Candoluminescence е светещ блясък.

• Термолуминесценцията се възбужда чрез нагряване на вещество.

Използването на луминесценция в източници на светлина

Луминисцентни източници на светлина са тези, чието сияние се основава на явлението луминисценция. Така че всички газоразрядни лампи са луминесцентни и смесени източници на радиация. Във фотолуминесцентните лампи сиянието се създава от фосфор, възбуден от излъчването на електрически разряд.

Белите светодиоди обикновено се основават на син кристал InGaN и жълт фосфор. Жълтите фосфори, използвани от повечето производители, са модификация на итрий-алуминиев гранат, легиран с церий с валентност три.

Спектърът на луминесценция на този фосфор има характерна максимална дължина на вълната в областта от 545 nm. Частта от спектъра с дълги вълни превъзхожда частта с къси вълни. Модифицирането на фосфора с добавянето на галий и гадолиний прави възможно изместването на максимума на спектъра към студената област (галий) или към топлата област (гадолиний).

Съдейки по спектъра на фосфора, използван в светодиодите Cree, в допълнение към итрий-алуминиевия гранат, към белия светодиоден фосфор се добавя фосфор с максимално излъчване, изместено към червената област.

В сравнение с флуоресцентни лампиФосфорът, използван в светодиодите, има дълъг експлоатационен живот, а стареенето на фосфора се определя главно от температурата. Фосфорът обикновено се нанася директно върху LED кристала, който се нагрява много. Други фактори, влияещи върху фосфора, имат по -слабо изразен ефект върху експлоатационния им живот.

Стареенето на фосфора води не само до намаляване на яркостта на светодиода, но и до промяна в сянката на получената светлина. При значително влошаване на фосфора, синият оттенък на луминесценцията става ясно видим. Това се дължи на променящите се свойства на фосфора и на факта, че спектърът започва да доминира вътрешното излъчване на LED чипа. С въвеждането на технологията на изолирания слой фосфор, влиянието на температурата върху скоростта на нейното разграждане намалява.

Други приложения на луминесценция

Във фотониката се използват най -вече преобразуватели и източници на светлина, базирани на електролуминесценция и фотолуминесценция: светодиоди, лампи, лазери, луминесцентни покрития и т.н. — точно това е областта, в която луминесценцията се използва много широко.

В допълнение, луминесцентните спектри помагат на учените при изучаването на състава и структурата на веществата. Методите на луминесценция позволяват да се определи размерът, концентрацията и пространственото разпределение на наночастиците, както и продължителността на живота на възбудени състояния на неравновесни носители на заряд в полупроводникови структури.

Продължавайки тази тема:Електролуминесцентни излъчватели: устройство и принцип на действие, видове