固体发光

　　固体发光（solids，luminescence of），固体吸收外界能量后部分能量以发光形式发射出来的现象。外界能量可来源于电磁波（可见光、紫外线、X射线和γ射线等）或带电粒子束，也可来自电场、机械作用或化学反应。当外界激发源的作用停止后，固体发光仍能维持一段时间，称为余辉。历史上曾根据发光持续时间的长短把固体发光区分为荧光和磷光两种，发光持续时间小于10^-8秒的称荧光，大于10^-8秒的称磷光，相应的发光体分别称为荧光体和磷光体。任何发光都有一个复杂的衰减过程，把发光区分为荧光和磷光并无多大实际意义，故除习惯上有时仍给予不同名称外，现已不把它们当作是两种不同的物理过程。

　　固体发光的机制与特征　固体吸收外界能量后很多情形是转变为热，并非在任何情况下都能发光，只有当固体中存在发光中心时才能有效地发光。发光中心通常是由杂质离子或晶格缺陷构成。发光中心吸收外界能量后从基态激发到激发态，当从激发态回到基态时就以发光形式释放出能量。固体发光材料通常是以纯物质作为主体，称为基质，再掺入少量杂质，以形成发光中心，这种少量杂质称为激活剂(发光)。激活剂是对基质起激活作用，从而使原来不发光或发光很弱的基质材料产生较强发光的杂质。有时激活剂本身就是发光中心，有时激活剂与周围离子或晶格缺陷组成发光中心。为提高发光效率，还掺入别的杂质，称为协同激活剂，它与激活剂一起构成复杂的激活系统。例如硫化锌发光材料ZnS：Cu，Cl，ZnS是基质，Cu是激活剂，Cl是协同激活剂。激活剂原子作为杂质存在于基质的晶格中时，与半导体中的杂质一样，在禁带中产生局域能级（即杂质能级，见半导体）；固体发光的两个基本过程激发与发光直接涉及这些局域能级间的跃迁。

　　固体发光光谱　固体发光的光谱一般为带状谱，不同激活剂产生不同的光谱带，同一种激活剂的原子在晶格中占据不同位置时，可产生几个发光中心和相应的光谱带。磷光的衰减规律是固体发光的另一个重要特性，磷光体在受激和发射之间常常存在一系列中间过程，这些中间过程很大程度上决定于物质的内在结构，并集中表现在磷光的衰减特性上。故研究磷光衰减规律对了解物质结构和发光机制具有重要理论意义。在实用上，磷光衰减较快的称短余辉磷光体，衰减较慢的称长余辉磷光体，各用在不同场合。

　　固体发光的种类　根据激发方式的不同，固体发光主要分为如下几种：

　　1.光致发光，发光材料在可见光、紫外线或X射线照射下产生的发光。发光波长比所吸收的光波波长要长。这种发光材料常用来使看不见的紫外线或X射线转变为可见光，例如日光灯管内壁的荧光物质把紫外线转换为可见光，对X射线或γ射线也常借助于荧光物质进行探测。另一种具有电子陷阱（由杂质或缺陷形成的类似亚稳态的能级，位于禁带上方）的发光材料在被激发后，只有在受热或红外线照射下才能发光，可利用来制造红外探测仪。

　　2.场致发光，又称电致发光，是利用直流或交流电场能量来激发发光。场致发光实际上包括几种不同类型的电子过程，一种是物质中的电子从外电场吸收能量，与晶格相碰时使晶格离化，产生电子-空穴对，复合时产生辐射；也可以是外电场使发光中心激发，回到基态时发光，这种发光称为本征场致发光。还有一种类型是在半导体的PN结上加正向电压，P区中的空穴和N区中的电子分别向对方区域注入后成为少数载流子，复合时产生光辐射，此称为载流子注入发光，亦称结型场致发光。用电磁辐射调制场致发光称为光控场致发光。把ZnS：Mn，Cl等发光材料制成薄膜，加直流或交流电场，再用紫外线或X射线照射时可产生显著的光放大。利用场致发光现象可提供特殊照明、制造发光管、用来实现光放大和储存影像等。

　　3.阴极射线致发光，以电子束使磷光物质激发发光，普遍用于示波管和显像管，前者用来显示交流电波形，后者用来显示影像。