发光光谱分析原理及分析方法.ppt

发光光谱分析原理及分析方法发光光谱原理及研究对象发光:发光是物体内部将以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程,他区别与热辐射,是一中非平衡辐射研究对象:固体中电子的状态电子的跃迁过程电子—晶格相互作用内容目录光致发光谱电致发光谱和阴极荧光谱发光衰变和时间分辨谱光致发光谱光致发光:通过光照射使系统跃迁到激发态,再通过非平衡辐射发光基本原理:设系统的能级结果如图所示,E0是基态,E1-E6是激发态,受到激发后,系统从低能级被激发到高能级,再从高能级跃迁到低能级,其中,E2到E1或E0有可能发光,在这中情况下,光子能量分别为h1=E2-2=E2-E0E6E5E2E0进行辐射跃迁过程的实体即发光中心。发光过程有两种可能性::主要决定于发光中心本身能级结构;:主要决定于晶格结构;当然,发光中心本身也有一定影响。发光机制:由三价稀土离子激活的发光材料的发光是典型的分立中心发光。由于晶体场的影响,稀土能级的某些简并性消除,能级发生劈裂,能级间跃迁的选择顶则也可能发生改变,从而使处于固体中的稀土离子的发光谱与自由的同种。的发光谱相比,其谱线数目,波长分布以及强度都会有所改变,所以,如果我们对稀土离子的能级结构有详细的了解,则有实测发光谱及其性质,可推断出该离子在晶体中所处的位置及周围格点上离子的情况辐射复合和非辐射复合:常见的导体中几种复合发光过程如图所示:它包括:自由激子复合(x),导带电子-中性受主复合(e,Aº),施主-受主复合(Dº,Aº),束缚于中性施主上的激子复合(Dº,x);中性施主-价带空穴复合(Dº,h)。X(e,Aº)(Dº,Aº)(Dº,X)(Dº,h)另外,束缚于中性受主,电离或受主上的等电子杂质上的束缚激子复合也回引起发光。非辐射复合机制主要有两种过程,Auger过程和多声子过程,对于电子-空穴复合能否以辐射复合的形式完成,首先决定于这种跃迁的几率,当吸收一个光子hv,某发光中心内电子由I态跃迁到f态的几率: Pif=2/|Vif|²(Ef-Ei-h)其中Vif=<f|V|i>为跃迁矩阵元,对于电偶极跃迁V=pE,p=eii.,对于磁偶极跃迁,V=•B,为磁偶极矩算符,B为辐射场的磁感应强度。当电子处于第j个电子态中时系统的总能量为j(Q)=Ej(0)+1/2jQ²据此可以画出如图所示的位竖直线AB表示离子处于电子g态对应的平衡位置,系统吸收一个光子hv1,电子想e态跃迁的过程,AB为竖直线。当电子跃迁到e态后,周围离子要调整其位形,最后达到一新的平衡C,在此过程中,电子把一部分能量交给了晶格,即发射了若干个声子。与此向似,当电子由e态跃迁回到g态时,一种可能的途径是沿图中CDA的过程,即由C-D发射一光子hv2,继而D-A的过程中又将一部分能量散发给晶格,位形坐标图,谱形分析在图中与AA平行的一组水平线分别表示在电子的g态时,晶格振动的能量本征值Em,g=(m+1/2)g相应的本征值为g,m。,总跃迁几率pe²<ge>²fm<g,me,m’>²*[E0+(m+1/2)g-(m’+1/2)e-h]在最简单的模型中,取e=g=,且假定两个电子态中晶格振动频率相同,g=e=引入无量纲的Huang-Rhys因子,则S=(1/z)Q0/,()则可得到<g,me,m’>=e(m!/m’!)SL(S)在低温极限,仅最低的(m=0)振动能级被明显地占据,则<g,0e,m’²=eS/m’!Huang-Rhys因子S是电子-晶格耦合强度的一个量度,耦合越强,S值越大,由其定义式可以看出,S可以被看作是参与光跃迁的平均声子的数目。在位形坐标图中的垂直距离BC=S,S不同,晶格震动对发光谱形的影响也不同,下图中画出了三个不S值的吸收光谱线形,-S/21/2(m’-m)/2m’-mm-sm’