固体光谱学-第五章-杂质和缺陷态光谱.ppt

第五章??????????陷态光杂质和缺谱;图5.1表示固体中可能的光学跃迁。

其中〔1〕和〔2〕表示带间吸收和发射过程;

〔3〕—〔6〕为杂质和缺陷态相关的跃迁，

其中〔3〕为带—施主或受主之间的三种可能跃迁；

〔4〕为施主—受主对〔D-A对〕之间的跃迁；

〔5〕为复合中心之间的跃迁；

〔6〕为分立中心内部的跃迁；

〔7〕为多声子弛豫的无辐射过程；

〔8〕为两种可能的俄歇(Auger)过程。;5.1离子晶体中F中心的吸收与发射;图5.2表示的负离子空位F中心。

;图5.3表示的吸收发射光谱。一个明显的特征是：

1、发光能量比吸收的能量要低得多，差不多只有一半。

也就是说，发光与吸收之间存在较大的斯托克斯频移。

2、另一个特点是吸收和发射都是较宽的带状光谱，随

着测量温度的提高：

①吸收和发光的峰位移向低能方向；

②谱带加宽；

③强度降低。

;5.1.2位形坐标模型;2.电子—声子相互作用，离子必须调整自己的位置以

便重新到达电的和力的平衡，这就是晶格驰豫。

如图5.4所示。由图可见，电子-声子相互作用能，

也就是晶格驰豫能为;从基态振动量子数到激发态的跃迁几率可以表示为

;;发光线形：设发射谱带中心频率为?0，低端频率

为?，发射谱带的半宽度为?0-?，相应的激发态

离子位形差，基态势，

现在求发光线形分布。由图5.4所示的三角形CEF，可

以得到

;另一方面，在激态B和D点振子的出现几率W与该状

态波函数的平方成正比，即

于是得到发光强度与谱带宽度之间的关系

;如图5.6所示。

因为位形差振子的能量，

谱带宽度;对于单分子发光过程，也就是发光只与一种粒子数n有

关，发光强度，与温度之间的关系可以表示

为

;2、另一类固体发光材料，如彩色电视显示屏使用的红

色发光粉。

;离子中心〔4d电子〕，只有在晶体场作用下，其组态内

跃迁才成为可能。;2.三价稀土离子中心的吸收光谱：

图5.7给出了三价稀土离子的能级结构。

三价稀土离子在可见光区存在着丰富的能极，但大

多数稀土氧化物〔常用RE2O3表示〕不象过渡金属

离子掺杂的化合物有鲜艳的体色，一般为无色透明

固体。;图5.8表示水溶液中自由稀土离子的吸收光谱。

;图5.9表示稀土铕掺杂的氧化钇〔Y2O3:Eu3+〕的吸收光谱。;固体中Y2O3:Eu3+的吸收光谱即有分立的线谱，

也有连续的带谱。分立吸收谱线分布在紫外一可见光

波段。吸收谱的另一个特点是在紫外区230nn处出现

很强的吸收带。

图5.9说明，掺杂土氧化物既有基质晶格的吸收，

也有稀土离子的吸收，但主要是基质晶格的吸收；而

稀土氧化物的高效发光却是在稀土离子4f能级之间跃

迁，因此激发和发光根本上是分开的，激发到发光中

心之间有一个能量传递的过程，这一过程直拦影响发;光效率，共振能量传递可能是掺稀土氧化物中重要的

能量传递方式。

由图5.9还可以看出，即使对4f电子的吸收，也

不像自由稀土离子的吸收那样为线谱。换名话说，在

晶体所有的吸收谱都或多或少地被加宽。谱线加宽有

各种原因，其中主要有晶格振动加宽和结构非均匀性

引起的加宽。形成如图5.10所示的带谱。非晶固体和

纳米材料的吸收〔或发射〕光谱都是宽带谱，非均匀

加宽是一个重要因素。;图10、光谱的非均匀加宽示意图;3.三价稀土离子中心的发光：稀土Eu3+掺杂的红

色发光荧光粉有：Y2O3:Eu3+,Y2S2:Eu3+,

YVO4:Eu3+。

研究指出，如果稀土Eu3+在晶体中占据对称中

心的格位发光为5D0-7F0电四极允许的跃迁，波长

为593nm，不是纯的红色〔图5.11a〕；如果Eu3+

在晶体中占据非对称中心的格位，宇称选择定那么可能

发生松动，结果5D0-7F0变成电偶极允许的跃迁，发

出波长为618nm纯红色的光，是理想的红色发光材

料，如图5.11b所示。

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