Фотолюминесценция

Фотолюминесценция — люминесценция, возбуждаемая светом.

Простейший случай фотолюминесценции — резонансное излучение. В этом случае, излучение на выходе среды происходит на той же частоте, что и частота падающего света. Этот случай хорошо иллюстрируют опыты американского оптика Вуда (R.Wood), наблюдавшего резонансное взаимодействие светового излучения c помещенными в кювету атомарными парами натрия.

При фотолюминесценции молекулярных и других - атомарных, наноразмерных сред излучение обычно подчиняется правилу Стокса, то есть частота испускаемого света фотолюминесценции обычно меньше, чем частота падающего. Однако, это правило часто нарушается и наряду со стоксовой наблюдается антистоксова часть спектра, то есть происходит излучение частоты, большей, чем частота возбуждающего света. Отметим, что, как правило,в общем случае, в отличие от резонансного излучения, упомянутого в начале статьи, ширина спектра фотолюминесценции оказывается большей, чем ширина спектра возбуждающего фотолюминесценцию излучения. Эксперименты по фотолюминесценции, выполненные как в случае простых систем - атомарных, так и в ещё более сложных, чем молекулы средах, например, в случае наночастиц , помещенных в аморфную среду (жидкость или стекло) подтверждают правило Стокса в полной мере. Это следует из многочисленных экспериментов, выполненных с использованием лазеров, позволяющих осуществлять возбуждение среды в широком диапазоне частот. В этом случае, как правило, с уменьшением частоты возбуждающего излучения происходит изменение и сдвиг в стоксову область частоты максимального пика спектра фототолюминесценции, что не мешает при соблюдении определенных условий резонанса появлению антистоксовой части спектра. При фотолюминесценции энергия возбуждающего излучения переходит не только в энергию испускаемого излучения, но также и в энергию колебательного, вращательного и поступательного движения молекул или атомов, то есть в тепловую энергию (см. безызлучательная релаксация).

Можно показать, что  квантовый выход (отношение числа испускаемых световых квантов к числу возбуждающих световых квантов)  оказывается меньше единицы.

Для явления фотолюминесценции закон сохранения энергии имеет следующий вид hν люм = 2 hν - hν 0i , где hν - энергия квантов светового излучения, используемого для возбуждения фотолюминесценции. Величина ν – частота этого излучения. Величина hν люм соответствует энергии квантов излучения фотолюминесценции, а величина hν 0i характеризует электронные переходы в атоме, молекуле или иной исследуемой среде, на которых происходит безызлучательная релаксация, вызывающая нагрев фотолюминесцирующей среды. В случае непрерывного спектра частоты ν 0i характеризуют гармоники, на которые данный спектр может быть разложен. Этой величине соответствует достаточно широкий спектр частот, включающий всевозможные виды уширения спектральной линии, соответствующей частоте ν 0i . Если hν меньше hν 0i , то имеет место стоксова фотолюминесценция, и, наоборот, для случая, когда величина hν больше hν 0i - антистоксова. Частота ν, по существу, есть среднее арифметическое между частотой ν 0i, на которой происходит поглощение избытка энергии, не преобразованной в излучение фотолюминесценции, и частотой ν люм (одной из частотных компонент), присутствующей в спектре излучения фотолюминесценции. Из закона сохранения энергии следует известное в фотолюминесценции правило зеркальной симметрии. Действительно, из закона сохранения энергии для частот, участвующих в процессе фотолюминесценции, мы имеем соотношение симметрии: hν 0i – hν = hν - hν люм . Родившееся на частоте фотолюминесценции излучение в диспергирующей среде распространяется с замедлением, обусловленным локальными, связанными с электронными переходами ( в атоме, молекуле) изменениями показателя преломления среды. По-видимому, с этим обстоятельством связано наблюдаемое при фотолюминесценции запаздывание световых процессов.

1. Левшин Л.В. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ.-Москва: Наука,1951.   с.
2. Оглуздин В.Е. Интерпретация видимой фотолюминесценции взвешенных в этаноле разновеликих наночастиц кремния //Физика и техника полупроводников.-2005 Год.-Т.39.-№8.-С.920-926.-
3. Оглуздин В.Е. Роль боровских частот в процессах рассеяния, люминесценции, генерации излучения в различных средах//Успехи физических наук.-2006 Год.-Т. 176.-№ 4.- С.415-420.-
4.  Оглуздин В.Е. Явление люминесценции и замедление света//Известия РАН. Серия физическая.-2006 Год.-Т.70.-С.418-421.-                  
5.