Разгорание и затухание люминесценции

Энергетический выход люминесценции

Квантовый выход люминесценции

В_кв = N_л / N_п, где N_л - число излученных квантов, N_п - число поглощённых квантов.

В_эн = Е_л / Е_п , где Е_л - энергия люминесценции, Е_п - поглощённая энергия. Эта величина характеризует полноту преобразования энергии и зависит от потерь на тепло. Связь В_эн и В_кв можно выразить формулой:

В_эн = Е_л / Е_п = (ην_лN_л) / (ην_пN_п) = (ν_л/ν_п) В_кв = (λ_п/λ_л) В_кв , (1) где ν_л/ν_п - отношение частот фотона люминесценции и поглощённого фотона, λ_п/λ_л - отношение длин волн. Это выражение говорит о том, что В_эн растет с приближением полос излучения и поглощения.

Значения величин В_эн и В_кв зависят от состава и технологии изготовления люминофора, при этом очень большое влияние оказывает присутствие посторонних примесей и концентрация активатора, а также условия возбуждения и температура. Для ртутных ЛЛ низкого давления В_эн мал из-за большой разницы λ_возб (254 и 185 нм) и λ_люм. Для безртутных ЛЛ (разряд в инертных газах) В_эн ещё меньше. В_эн можно повысить при применении вместо ртути Cd (326 и 224 нм), но при этом возникают большие проблемы с получением оптимального давления паров Cd (~ 1 Па).

Законы разгорания и затухания люминесценции различны для разных люминофоров. У характеристических люминофоров разгорание может происходить постепенно и выходить на стационарное положение. Затухание у большинства люминофоров происходит по экспоненциальному закону I_t = I_o e^-t/τ, где I_o - интенсивность в начальный момент после прекращения возбуждения, I_t - интенсивность в момент t, τ - время жизни атома активатора в возбуждённом состоянии.

Время затухания не зависит от интенсивности возбуждения и Т. По экспоненциальному закону затухают люминофоры на основе фосфатов, силикатов, арсенатов, германатов. Характеристические люминофоры с 2 активаторами (ГФК: Sb,Mn) затухают так: свечение каждого активатора затухает по экспоненциальному закону. Для некоторых характеристических люминофоров затухание сначала экспоненциальное, а затем описывается гиперболой (силикат цинка, активированный Mn)

У люминофоров рекомбинационного типа кривая разгорания имеет ряд особенностей: 1) I_o тем больше, чем больше I_возб, 2) время достижения состояния насыщения при постоянном возбуждении у рекомбинационных люминофоров значительно больше, чем у характеристических, 3) разгорание на начальной стадии близко к экспоненциальному закону: I_люм ~ ~ I_возб (1- e^-t/τ), при этом τ = φ(I_возб), τ↓ при I_возб ↑.

Затухание у этих люминофоров имеет сложный характер, так как свободные электроны могут перемещаться по кристаллу и рекомбинировать с любым ионизованным центром или локализоваться в ловушках. Теоретически это выражается формулой гиперболы 2-го порядка: I_t = = I_o / (1+at)². У реальных люминофоров закон затухания отклоняется от этого типа: сначала экспонента, а затем по эмпирической формуле Беккереля - I_t = I_o / (1+at)ⁿ, где 1< n < 2. Отклонение от гиперболического закона затухания объясняется тем, что в люминофорах существуют уровни захвата (ловушки) различной глубины и кинетика свечения зависит от распределения электронов между центрами люминесценции и ловушками. Расчёты Фока показали, если мало электронов попадает в ловушки, затухание ближе к экспоненциальному закону. По мере затухания люминесценции число ионизованных центров уменьшается и вероятность локализации на ловушках становится больше и дальнейшее затухание соответствует гиперболическому закону. Затухание зависит от Т - с ↓Т затухание идёт медленнее.

Запасание светосуммы. Зная законы разгорания и затухания можно определить так называемые светосуммы по разгоранию и по затуханию (на рис.3 - L_р и L_з, соответственно), L_р - запасаемая энергия, L_з < L_р - это свидетельствует о существовании безизлучательных переходов, т.е. неполном превращении запасённой энергии в излучение. Площадь под кривой разгорания пропорциональна высвеченной энергии за время возбуждения.

Дата добавления: 2014-01-06