1.3 Загасання люмінесценції

1.3.1.Загасання люмінесценції дискретних центрів

Інтенсивність люмінесценції після припинення порушення поступово убуває (загасає).

Нехай у деякий момент часу t число збуджених молекул речовини дорівнювало N . Збиток числа збуджених молекул -d за інтервал часу dt пропорційний N і dt, тобто

(8)

де  - постійна загасання.

Очевидно, , тобто постійна загасання дорівнює відносному числу збуджених молекул, що переходять в основний стан, випромінюючи фотони люмінесценції, за 1 с.

Інтегруючи (8), одержимо:

відкіля

(9)

Тому що інтенсивність люмінесценції пропорційна швидкості зменшення числа збуджених молекул , то з (9) неважко одержати

(10)

де I₀- інтенсивність люмінесценції в момент часу t=0. З (10) видно, що люмінесценція дискретних центрів загасає по експонентному законі.

Звичайно для характеристики швидкості загасання люмінесценції поряд з постійною  використовують поняття середнього часу життя молекули в збудженому електронному стані , що чисельно дорівнює часу, протягом якого число збуджених молекул зменшується в е раз. З (9) випливає:

(11)

1.3.2. Загасання рекомбінаційного світіння

У рекомбінаційному світінні збиток числа вільних електронів викликана їхньою рекомбінацією з іонами кристалічних ґрат. Збиток числа вільних електронів -d пропорційна їхньому числу N_э, числу іонів ґрати N_u і проміжку часу dt :

(12)

_{У найпростішому випадку, коли}

(13)

Інтегруючи вираження (13), одержимо:

і остаточно:

(14)

Інтенсивність люмінесценції пропорційна . Тоді

(15)

Для люмінофора, використовуваного в даній лабораторній роботі, уже при малих часах загасання (t<0.1 с) починає виконуватися нерівність , тому

(16)

Закон загасання (16) виведений у припущенні, що N_э = N_u. У більш загальному випадку, коли число вільних електронів не дорівнює числу іонів закон загасання має вид:

(17)

де I₀ - інтенсивність люмінесценції в момент часу t=1 , а коефіцієнт загасання  лежить у межах

2. Експериментальна частина

Метою дійсної роботи є визначення закону загасання люмінесценції для даної речовини і відповідного типу люмінесценції.

Схема установки показана на мал.5.

Рис.5

Досліджувана речовина (люмінофор) поміщають у положення 1. Протягом заданого часу його опромінюють світлом лампи S , а потім поміщають у положення 2 так, щоб світло люмінесценції попадало на фотоелемент ФЭ, фотострум якого реєструється гальванометром Г. Між переміщеннями люмінофора з положення 1 у положення 2 його, відповідно до завдання, витримують у проміжному положенні визначений час (t=l,2,...c). Відлік по гальванометрі в положенні 2 беруть у той момент, коли його стрільця (світловий промінь) максимально відхиляється від нульового положення. Далі, унаслідок высвечивания люмінофора інтенсивність люмінесценції падає, і стрілка гальванометра повертається до нуля. Після закінчення высвечивания люмінофора проводиться наступний досвід (з іншим часом витримки в проміжному стані).

Результати вимірів заносять у таблицю.

Час опромінення, t = … c	Час витримки, з
Інтенсивність люмінесценції	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1-а серія
2-а серія
3-серія
Середнє
lnI
lnt

3. Висновок розрахункової формули

3.1. У тому випадку, якщо в досліджуваному зразку відбувається світіння дискретних центрів, то загасання люмінесценції описується формулою (10). Прологарифмировав це вираження, одержимо:

(18)

Позначивши _, можна записати:

(19)

т.е. у цьому випадку залежність ln від t буде лінійною (мал.6-б). В інших же координатах (наприклад, ln від lnt ця залежність буде нелінійною (мал.6-у)

.

Рис.6

3.2. Для рекомбінаційного світіння закон загасання має вид (17). Логарифмуючи це вираження, одержимо:

(20)

Позначивши _, одержимо:

(21)

т.е. у даному випадку залежність ln від lnt буде лінійною (мал. 76).

Рис.7