9.2.4 Люминесценция

Люминесценцией называют избыточное свечение тела над температурным излучением того же тела в данной спектральной области и при данной температуре, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью свечения, значительно превышающей период световых колебаний Т  10^15 с.

При этом выполняется закон Стокса: свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем свет, вызывающий люминесценцию.

Закон Стокса непосредственно вытекает из квантовых представлений о природе света.

Существует много разновидностей люминесценции.

По механизму элементарных процессов различают резонансную, спонтанную, метастабильную (вынужденную) и релаксационную люминесценции. Кроме способа возбуждения, к основным характеристикам люминесценции относятся энергия и квантовый выход, кинетика, спектральный состав свечения и возбуждающего света, механизм преобразования энергии. Люминесцировать могут вещества во всех агрегатных состояниях  газы и пары, растворы органических веществ, стекла, кристаллические вещества и др. Основным условием является наличие дискретного спектра. Вещества с непрерывным энергетическим спектром (например, металлы в конденсированном состоянии) не люминесцируют, так как в них энергия возбуждения непрерывным образом переходит в теплоту. Кроме того, для возникновения люминесценции вероятность излучательных переходов должна превышать вероятность безызлучательных. Упрощенная схема электронных переходов в кристаллофосфорах представлена на рис. 9.9. Между энергетическими зонами  валентной «В» и проводимости «С»  расположены локальные уровни энергии, связанные с атомами примесей или дефектами решетки; 1 и 2 

Рис. 9.9

уровни центра люминесценции; 3  ловушки электронов; 4  уровень безызлучательный рекомбинации; переходы а и б соответствуют возбуждению люминесценции; в  ионизация центра дыркой; г и д  оседание электронов на ловушках и их освобождение. Люминесценция наблюдается в природе  северное (полярное) сияние, свечение некоторых насекомых, минералов, гниющего дерева и т. д. Явление люминесценции нашло применение в науке и технике. Люминесцентные источники света используются в виде ламп дневного света, кинескопов телевизоров, осциллографов и другой аппаратуры.

9.3. Естественный и поляризованный свет

Явления, описывающие поперечную анизотропию световой волны, называют поляризацией света.

Так как в электромагнитной волне вектор , то для описания поляризации света достаточно знать поведение, например, вектора. Свет, испускаемый элементарным излучателем (атомом, молекулой и т. п.), всегда поляризован. Но макроскопические источники света состоят из большого числа таких частиц излучателей, поэтому пространственная ориентация вектора и моменты акта испускания кванта света отдельными частицами являются хаотическими. Такой свет называют неполяризованным, т. е. естественным (рис.9.10, а, б). Свет называют частично поляризованным, если колебания вектора в одном направлении преобладают над колебаниями

Рис. 9.10

других направлений (рис. 9.10, в, г).

Плоскость Q, проходящая через направление колебания вектора линейно поляризованного света и направление распространения этой волны, называют плоскостью поляризации (рис. 9.10, д).

Степень плоскополяризованного света определяют по формуле

, (9.6)

где J_max , J_min  максимальная и минимальная интенсивности света. Например, для плоскополяризованного света J_min = 0, Р = 1; для естественного света J_max = J_min, Р = 0.