Luminiscence — mehānisms un pielietojums gaismas avotos

Luminiscence ir vielas luminiscence, kas rodas, pārvēršot tās absorbēto enerģiju optiskā starojumā. Šo mirdzumu neizraisa tieši vielas karsēšana.

Parādības mehānisms ir saistīts ar to, ka iekšēja vai ārēja avota ietekmē vielā tiek ierosināti atomi, molekulas vai kristāli, kas pēc tam izstaro fotonus.

Atkarībā no šādi iegūtās luminiscences ilguma, kas savukārt ir atkarīgs no ierosinātā stāvokļa dzīves ilguma, izšķir strauji dilstošu un ilgstošu luminiscenci. Pirmo sauc par fluorescenci, otro - par fosforescenci.

Lai viela spīdētu, tās spektriem jābūt diskrētiem, tas ir, atomu enerģijas līmeņiem jābūt atdalītiem vienam no otra ar aizliegtām enerģijas joslām. Šī iemesla dēļ cietie un šķidrie metāli, kuriem ir nepārtraukts enerģijas spektrs, nemaz neluminiscējas.

Metālos ierosmes enerģija vienkārši nepārtraukti tiek pārveidota siltumā.Un tikai īso viļņu diapazonā metāli var izjust rentgenstaru fluorescenci, tas ir, rentgenstaru ietekmē tie izstaro sekundāros rentgena starus.

Luminiscences ierosmes mehānismi

Ir dažādi luminiscences ierosināšanas mehānismi, saskaņā ar kuriem ir vairāki luminiscences veidi:

• Fotoluminiscence - ierosina gaisma redzamajā un ultravioletajā diapazonā.

• Ķīmiluminiscence — ko izraisa ķīmiska reakcija.

• Katodluminiscence — ierosina katoda stari (ātrie elektroni).

• Sonoluminiscenci šķidrumā ierosina ultraskaņas vilnis.

• Radioluminiscence — ierosina ar jonizējošo starojumu.

• Triboluminiscence tiek ierosināta, berzējot, sasmalcinot vai atdalot fosforu (elektriskās izlādes starp uzlādētiem fragmentiem), un šajā gadījumā izlādes gaisma ierosina fotoluminiscenci.

• Bioluminiscence ir dzīvo organismu mirdzums, ko tie panāk neatkarīgi vai ar citu simbiozes dalībnieku palīdzību.

• Elektroluminiscence - ierosina ar elektrisko strāvu, kas iziet caur fosforu.

• Candoluminescence ir gaismas mirdzums.

• Termoluminiscence tiek ierosināta, karsējot vielu.

Luminiscences izmantošana gaismas avotos

Luminiscences gaismas avoti ir tie, kuru spīduma pamatā ir luminiscences parādība. Tātad visas gāzizlādes spuldzes ir dienasgaismas un jaukta starojuma avoti. Fotoluminiscences spuldzēs mirdzumu rada luminofors, ko ierosina elektriskās izlādes emisija.

Balto gaismas diožu pamatā parasti ir zils InGaN kristāls un dzeltens fosfors.Dzeltenie fosfori, ko izmanto lielākā daļa ražotāju, ir itrija-alumīnija granāta modifikācija, kas sakausēta ar trīsvērtīgo cēriju.

Šī fosfora luminiscences spektram raksturīgais maksimālais viļņa garums ir 545 nm. Spektra garo viļņu daļa dominē pār īsviļņu daļu. Fosfora modifikācija, pievienojot galliju un gadolīniju, ļauj novirzīt spektra maksimumu uz auksto reģionu (gallijs) vai uz silto reģionu (gadolīnijs).

Spriežot pēc Cree LED izmantotā fosfora spektra, papildus itrija-alumīnija granātam baltajam LED luminoforam tiek pievienots fosfors ar maksimālo emisiju, kas novirzīts uz sarkano apgabalu.

Salīdzinājumā ar dienasgaismas spuldzēmGaismas diodes izmantotajam luminoforam ir ilgs kalpošanas laiks, un fosfora novecošanos galvenokārt nosaka temperatūra. Fosfors parasti tiek uzklāts tieši uz LED kristāla, kas kļūst ļoti karsts. Citi faktori, kas ietekmē fosforu, mazāk ietekmē to kalpošanas laiku.

Lusfora novecošana izraisa ne tikai gaismas diodes spilgtuma samazināšanos, bet arī iegūtās gaismas nokrāsas izmaiņas. Ar ievērojamu fosfora pasliktināšanos kļūst skaidri redzama luminiscences zilā nokrāsa. Tas ir saistīts ar mainīgajām fosfora īpašībām un to, ka spektrs sāk dominēt pār LED mikroshēmas iekšējo emisiju. Ieviešot izolētā fosfora slāņa tehnoloģiju, temperatūras ietekme uz tā noārdīšanās ātrumu samazinās.

Citi luminiscences pielietojumi

Fotonikā galvenokārt tiek izmantoti pārveidotāji un gaismas avoti, kuru pamatā ir elektroluminiscence un fotoluminiscence: gaismas diodes, lampas, lāzeri, luminiscējoši pārklājumi utt. — tieši šajā jomā luminiscence tiek izmantota ļoti plaši.

Turklāt luminiscences spektri palīdz zinātniekiem pētīt vielu sastāvu un struktūru. Luminiscences metodes ļauj noteikt nanodaļiņu izmēru, koncentrāciju un telpisko sadalījumu, kā arī nelīdzsvara lādiņnesēju ierosināto stāvokļu kalpošanas laiku pusvadītāju konstrukcijās.

Turpinot šo pavedienu:Elektroluminiscences izstarotāji: ierīce un darbības princips, veidi