6.3 Виды излучения. Явления люминесценции. Механизм люминесценции в твёрдом теле.

Виды излучений:

1)Равновесное (температурное) – находится в равновесии с температурой

2) Неравновесное: - отражения (отражение света от предмета)

- рассеивания (атмосфера) – взвешенные частички имеют размеры соизмеримые с размерами длины волны.

- тормозное (частный случай излуч. Вавилова-Черенкова) – при переходе ē из одной среды в другую выбрасывается красный квант света

- люминисценция .

Характеристики излучений:

1 ) Интенсивность (количество фотонов на отрезок(интервал) длин волн)

2) Спектральный состав (в какой частоте излучает(диапазон))

3) Поляризация (изменение векторов E и H во времени и пространстве)

Поляриз. изл. – ЭМВ, простой гарм. сигн. по Z бежит sin-да плоскополяризованная; волна за период делает круг в пространстве – круговая поляриз., эллиптическая поляриз.

4) Когерентность (излучение с не постоянной фазой)

Когерентное изл. – излучение с постоянной фазой

5) Длительность послесвечения х-на только для люминесценции

Л юминесценция – неравновесное излучение, избыточное над тепловым, с периодом послесвечения значительно превышающим период свето­вых колебаний.

В зависимости от вида возбуждения люминесценция бывает:

Фотолюминисценция – обусловлено другим изл.

Катодолюминесценция – свечение, возникающее при бомбардировке образца ел-ным лучём;

Р ентгенолюминесценция – при возбуждении вещества рентгеновским излучением;

Радиолюминесценция – при возбуждении вещества ренгеновским изл. в частности -излучением;

Электролюминесценция – под действием ЭП пост. или перемен.;

Триболюминесценция – тв. тело деформируют;

Х имио и биолюм. – при протекании определённых хим. реакций, в биол. объектах – рыбы;

Акустолюм.- вызвано акустическими волнами.

У твердых тел различают три вида люминесценции: мономолекулярную, метастабильную и рекомбинационную.

1. Мономолекулярная люминесценция – акты возбуждения и изл.(испускания света) происходят в пределах одного атома или молекулы.

1,2,3 – поглощение энергии; 1`,2`,3` - изл. люм.

2. Метастабильная люминесценция – акты возбуждения и испускания света происходят в пределах одного атома или молекулы, но с участием метастабильного состояния.

3. Рекомбинационная люминесценция – акты возбуждения и испускания света не связаны с 1 аотомом, а происходят в разных частях к-ла.

При Т=↑: 1) при k = const: .

Прямозонный проводник, дно зоны проводимости это его минимум.

При Т=↑ ē может вернуться назад. Процесс возврата ē может произойти в др. месте от зоны поглощения или под действием краевой люм.: нужно чтобы проводник был прямозонный – у них минимум дна ЗП находится напротив потока ВЗ, в нём - разрешённый переход.

2) механизм Ламбе-Клика: ē свободно захватывается локальной ловушкой.

3) мех-зм Шопа-Ква: дырка захватилась ловушкой, ē подошёл близко к дырке.

4)

R ≈ 5*106 Å. Ea – уровень залегания акцепторов.

4) мех-зм В.Преда (Д-А пара), мех. рекомбинации. Ассоциация двух центров, расстояние в соседних узлах которых: 5-6 Å. Д-центр ловит ē, А - дырки. Далее они могут прорекомбинировать; R – радиус Д-А пары.

Окситон – квазичастица 1 ē, 1дырка удерживаются друг напротив друга при низких температурах.

Окситон. спектроскопия более точный метод, не разрушающий контроля.

Метод низкотемпературной окситонной спектроскопии.

6.4 Явища поглинання, спонтанного та вимушеного випромінювання в твердому тілі

Поглощение – процесс перехода частицы с более низкого уровня на более высокий под действием кванта энергии, большего или равного .

Спонтанный переход – это самопроизвольный переход с более высокого энергетического уровня на более низкий вследствие того, что частица стремится к минимуму энергии. При таком переходе излучается квант энергии,

– вероятность спонтанного перехода. Скорость изменения концентрации со временем вследствие спонтанных переходов определяется:

где – концентрация частиц на уровне

где, – концентрация в начальный момент времени.

Время жизни частицы на не является постоянным, поэтому проинтегрируем нижерасположенное уравнение по всему времени

Населенность верхнего уровня со временем уменьшается по экспоненте и зависит от среднего времени жизни частиц на .

Интенсивность излучения равна:

Вынужденный переход – это переход частицы с на , вызванный падающей волной, которая сбрасывает частицу на нижний уровень. При этом выделится энергия в виде электромагнитной волны, которая добавится к падающей в той же фазе.

– спектральная плотность энергии; – вероятность вынужденного перехода.

- вероятность вынужденного перехода; - очень маленькая величина, следовательно, спонтанные и вынужденные переходы не уживаются вместе.