Fotolumineszcencia
A fotolumineszcencia egy olyan fizikai folyamat, amikor egy anyag fotonokat abszorbeál és ezeket újra kisugározza. Kvantummechanikai magyarázat szerint a fotolumineszcencia során gerjesztés történik egy nagyobb energiaállapotba, majd visszatérés az alacsonyabb energiaállapotba, mely során fotonkibocsátás történik.
A fotolumineszcencia több formája ismert, ezek a rezonáns sugárzás, a fluoreszkálás és a foszforeszkálás.
A fény abszorpciója és újrakibocsátása közötti idő tipikusan rövid (10 nanoszekundum nagyságrendű), de speciális körülmények mellett ez az idő akár órákig is eltarthat.
A fotolumiszcencia formái
Rezonáns sugárzás
A fotolumineszcencia legegyszerűbb formája a rezonáns sugárzás, amikor egy anyag különféle hullámhosszúságú fotonokat abszorbeál és ugyanannyi mennyiségű fotont azonnal ki is sugároz. Ebben a folyamatban nem történik jelentős energiaállapot-változás, a folyamat igen gyorsan zajlik le, 10 nanoszekundum nagyságrendben.
Fluoreszkálás
A fluoreszkálás esetében az anyag elnyel (abszorbeál) különböző hullámhosszúságú elektromágneses sugárzásokat és ennek hatására fényt bocsát ki a bejövő sugárzástól eltérő hullámhosszon.[1] A legtöbb esetben a kibocsátott fény hullámhossza hosszabb, és így kisebb energiával rendelkezik, mint az elnyelt sugárzás. Abban az esetben, amikor az abszorbeált sugárzás erős, lehetséges, hogy egy elektron két fotont abszorbeál; ez az úgynevezett két-fotonos abszorpció okozhatja, hogy a kibocsátott fény rövidebb hullámhosszúságú lesz, mint az elnyelt sugárzásé.
Foszforeszkálás
A foszforeszkálás esetében, szemben a fluoreszkálással, a foszforeszkáló anyag nem azonnal sugározza ki azt a sugárzást, amit korábban abszorbeált. Ez a jelenség kapcsolatban van a kvantummechanika ismert „tiltott” energiaállapot átmeneteivel. Mivel ez az átmenet bizonyos anyagoknál igen lassan megy végbe, az abszorbeált sugárzás újra kisugárzása órákkal később, alacsonyabb intenzitással történik az eredeti gerjesztéshez képest.[2]
A generált foton a vörös szín felé tolódik el, ami arra utal, hogy vesztett az energiájából, amint azt a Jablonski-diagram mutatja.
A foszforeszkáló anyagok tanulmányozása vezetett el 1896-ban a radioaktivitás felfedezéséhez.
Felhasználás
Félvezetőipar
A fotolumineszcencia fontos technikai eszköz a félvezetőiparban, ahol a félvezetők tisztasága és a kristályok minősége fotolumineszcens módszerrel ellenőrizhető.Az időfüggő fotolumineszcens eljárás során a mintát fényimpulzussal gerjesztik és a lumineszkálás csökkenését mérik, ami információt ad a minta minőségéről. Ezt a módszert használják például Gallium-arzenid félvezetők gyártásánál.
Biztonsági alkalmazások
A fotolumineszcens anyagok egyik fő alkalmazási területe a biztonsági feliratok, jelzések kivitelezése.[3]
Hőmérsékletmérés
A foszfor-termometriában a fotolumineszcens anyagok hőmérsékletfüggését használják ki hőmérséklet mérésre.[4][5]
Irodalom
- Erostyák János-Kozma László: Általános Fizika II. kötet: Fénytan. (hely nélkül): Dialóg Campus kiadó. 2003. 272–274. o.