Liuminescencija – mechanizmas ir taikymas šviesos šaltiniuose

Liuminescencija – tai medžiagos liuminescencija, kuri atsiranda jos sugertą energiją paverčiant optine spinduliuote. Šis švytėjimas nėra tiesiogiai sukeltas kaitinant medžiagą.

Reiškinio mechanizmas yra susijęs su tuo, kad, veikiant vidiniam ar išoriniam šaltiniui, medžiagoje sužadinami atomai, molekulės ar kristalai, kurie vėliau išskiria fotonus.

Priklausomai nuo tokiu būdu gautos liuminescencijos trukmės, kuri savo ruožtu priklauso nuo sužadintos būsenos gyvavimo trukmės, išskiriama greitai nykstanti ir ilgai trunkanti liuminescencija. Pirmasis vadinamas fluorescencija, antrasis yra fosforescencija.

Kad medžiaga švytėtų, jos spektrai turi būti diskretūs, tai yra, atomų energijos lygiai turi būti atskirti vienas nuo kito draudžiamomis energijos juostomis. Dėl šios priežasties kietieji ir skystieji metalai, turintys nenutrūkstamą energijos spektrą, visiškai nešviečia.

Metaluose sužadinimo energija tiesiog nuolat paverčiama šiluma.Ir tik trumpųjų bangų diapazone metalai gali patirti rentgeno spindulių fluorescenciją, tai yra, veikiami rentgeno spindulių, jie skleidžia antrinius rentgeno spindulius.

Liuminescencijos sužadinimo mechanizmai

Yra įvairių liuminescencijos sužadinimo mechanizmų, pagal kuriuos yra keletas liuminescencijos tipų:

• Fotoliuminescencija - sužadinama šviesa matomoje ir ultravioletinėje srityje.

• Chemiliuminescencija – sukelta cheminės reakcijos.

• Katodoliuminescencija – sužadinama katodiniais spinduliais (greitaisiais elektronais).

• Sonoliuminescencija skystyje sužadinama ultragarso banga.

• Radioliuminescencija – sužadinama jonizuojančia spinduliuote.

• Triboliuminescencija sužadinama trynimo, smulkinimo arba atskiriant fosforus (elektros iškrovos tarp įkrautų fragmentų), o šiuo atveju išlydžio šviesa sužadina fotoliuminescenciją.

• Bioliuminescencija – tai gyvų organizmų švytėjimas, pasiekiamas jų savarankiškai arba padedant kitiems simbiozės dalyviams.

• Elektroliuminescencija - sužadinama elektros srove, praeinančia per fosforą.

• Kandoliuminescencija yra švytintis švytėjimas.

• Termoliuminescencija sužadinama kaitinant medžiagą.

Liuminescencijos naudojimas šviesos šaltiniuose

Liuminescenciniai šviesos šaltiniai yra tie, kurių švytėjimas pagrįstas liuminescencijos reiškiniu. Taigi visos dujų išlydžio lempos yra fluorescencinės ir mišrios spinduliuotės šaltiniai. Fotoliuminescencinėse lempose švytėjimą sukuria elektros išlydžio sužadintas fosforas.

Baltos spalvos šviesos diodai dažniausiai yra pagrįsti mėlynu InGaN kristalu ir geltonu fosforu.Daugumos gamintojų naudojami geltonieji fosforai yra itrio-aliuminio granato modifikacija, legiruota su trivalenčiu ceriu.

Šio fosforo liuminescencijos spektro būdingas didžiausias bangos ilgis yra 545 nm. Ilgųjų bangų spektro dalis dominuoja trumpųjų bangų dalyje. Fosforo modifikavimas pridedant galio ir gadolinio leidžia didžiausią spektrą perkelti į šaltą sritį (galis) arba į šiltą sritį (gadolinis).

Sprendžiant iš Cree šviesos dioduose naudojamo fosforo spektro, be itrio-aliuminio granato, prie balto LED luminoforo pridedamas fosforas, kurio didžiausia emisija nukreipta į raudoną sritį.

Palyginimui su liuminescencinėmis lempomisŠviesos dioduose naudojamas fosforas turi ilgą tarnavimo laiką, o fosforo senėjimą daugiausia lemia temperatūra. Fosforas paprastai dedamas tiesiai ant LED kristalo, kuris labai įkaista. Kiti fosforą įtakojantys veiksniai ne taip stipriai veikia jų tarnavimo laiką.

Dėl fosforo senėjimo ne tik sumažėja šviesos diodo ryškumas, bet ir keičiasi gaunamos šviesos atspalvis. Žymiai pablogėjus fosforui, mėlynas liuminescencijos atspalvis tampa aiškiai matomas. Taip yra dėl kintančių fosforo savybių ir to, kad spektras pradeda dominuoti vidinėje LED lusto emisijoje. Įdiegus izoliuoto fosforo sluoksnio technologiją, temperatūros įtaka jo skilimo greičiui mažėja.

Kiti liuminescencijos pritaikymai

Fotonikoje daugiausia naudojami keitikliai ir šviesos šaltiniai, pagrįsti elektroliuminescencija ir fotoliuminescencija: šviesos diodai, lempos, lazeriai, liuminescencinės dangos ir kt. — būtent šioje srityje liuminescencija naudojama labai plačiai.

Be to, liuminescencijos spektrai padeda mokslininkams tirti medžiagų sudėtį ir struktūrą. Liuminescencijos metodai leidžia nustatyti nanodalelių dydį, koncentraciją ir erdvinį pasiskirstymą, taip pat puslaidininkinių struktūrų nepusiausvyrinių krūvininkų sužadintų būsenų trukmę.

Tęsiant šią temą:Elektroliuminescenciniai emiteriai: prietaisas ir veikimo principas, tipai