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发光材料及物理基础 彭俊彪教授 华南理工大学材料学院 第一章 能带结构的形成 前言 物理学前言之一 材料的性质 大规模集成电路 半导体激光器 超导 人工微结构 从STM得到的硅晶体 表面的原子结构图 原子能级到晶体的能带 一. 电子共有化 晶体具有大量分子、原子或离子有规则 排列的点阵结构。 电子受到周期性势场的作用。 a 按量子力学须解定态薛定格方程。 两点重要结论： 1.电子的能量是分立的能级; 2. 电子的运动有隧道效应。 原子的外层电子(高能级) ，势垒穿透概率 较大， 电子可以在整个晶体中运动, 称为 共有化电子。 原子的内层电子与原子核结合较紧,一般 不是共有化电子。 能带的宽度记作E ，数量级为 E ～eV。 若N~1023,则能带中两能级的间距约10-23eV。 一般规律： 1. 越是外层电子，能带越宽，E越大。 2. 点阵间距越小，能带越宽，E越大。 3. 两个能带有可能重叠。 第一章结束 第二章发光学中基本概念 • 1。平衡辐射和非平衡辐射 • 2 。光吸收 • 3 。光反射 • 4 。光激发 • 5 。光发射 • 6. 能量传输（转移） • 7. 斯托克斯定律和反斯托克斯发光 （上转换 ） • 8. 发光效率 • 9. 光的衰减 1. 平衡辐射和非平衡辐射 辐射：平衡辐射和非平衡辐射 发光非平衡辐射； 热辐射是平衡辐射，是炽热物体的光辐射，不属于 发光。 光辐射的特征参数：亮度、光谱、相干性、偏振度和辐射 期间 发光与热辐射的本质区别 1. 辐射期间是指去掉激发后，辐射还可延续的时间 （激发 态寿命） 2. 光吸收 当光照射到发光材料上时，一部分被反射、散射、一部分 透射，剩下的被吸收。只有被吸收的部分光的才对发光起 作用。但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发 的作用。研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的 。 I(λ)=I (λ)exp(-k x) (1-1) o λ I (λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度 o x后的强度，k 是不依赖光强、但随波长而变化，称为吸λ 收系数 K 随波长（或频率）的变化，叫做吸收光谱 λ x I I 0 薄膜吸收示意图 3. 光反射 反射率R 随波长或频率的变化λ 测量条件：如果材料是一块单晶，经过适当的加工 （如切割、抛光等），利用分光光度计并考虑到发射 的损失，就可以测得吸收光谱。但是多数实用的发光 材料都是粉末状，是由微小的晶粒组成的。这对精确 测量吸收光谱造成很大困难。在得不到单晶的情况下 ，通常只能通过材料的反射光谱来估计它们对光的吸 收。 4. 光激发 激发光谱：发光的某一谱线或谱带的强度随激发 光波长（或频率）的变化。 Zn SiO :Mn的激发谱 2 4 吸收谱与激发谱之间的关系 1. 激发引起发光 2. 吸收能量包括发光和无辐射 3. 吸收光谱包含激发光谱 5. 光发射 发光光谱（也称发射光谱） 发光的强度按发光波长或频率