Luminestsents — mehhanism ja rakendamine valgusallikates

Luminestsents on aine luminestsents, mis tekib selles neeldunud energia muundamisel optiliseks kiirguseks. Seda sära ei põhjusta otseselt aine kuumutamine.

Nähtuse mehhanism on seotud sellega, et sisemise või välise allika mõjul ergastuvad aines aatomid, molekulid või kristallid, mis seejärel kiirgavad footoneid.

Olenevalt nii saadud luminestsentsi kestusest, mis omakorda sõltub ergastatud oleku elueast, eristatakse kiiresti lagunevat ja kauakestvat luminestsentsi. Esimest nimetatakse fluorestsentsiks, teist fosforestsentsiks.

Aine hõõgumiseks peavad selle spektrid olema diskreetsed, see tähendab, et aatomite energiatasemed peavad olema üksteisest eraldatud keelatud energiaribadega. Sel põhjusel ei helenda tahked ja vedelad metallid, millel on pidev energiaspekter, üldse.

Metallides muundatakse ergastusenergia lihtsalt pidevalt soojuseks.Ja ainult lühilainevahemikus võivad metallid kogeda röntgenikiirguse fluorestsentsi, see tähendab, et röntgenikiirguse toimel eraldavad nad sekundaarset röntgenikiirgust.

Luminestsentsi ergastusmehhanismid

Luminestsentsi ergastamiseks on erinevaid mehhanisme, mille järgi on mitut tüüpi luminestsentsi:

• Fotoluminestsents - valguse ergastamine nähtavas ja ultraviolettkiirguses.

• Kemiluminestsents — indutseeritud keemilise reaktsiooniga.

• Katodoluminestsents — katoodkiirte (kiirete elektronide) poolt ergastatud.

• Sonoluminestsentsi ergastab vedelikus ultrahelilaine.

• Radioluminestsents — ergastatud ioniseeriva kiirgusega.

• Triboluminestsentsi ergastab hõõrdumine, purustamine või luminofooride eraldamine (elektrilahendus laetud fragmentide vahel) ja sellisel juhul ergastab lahendusvalgus fotoluminestsentsi.

• Bioluminestsents on elusorganismide sära, mis saavutatakse nende poolt iseseisvalt või teiste sümbioosis osalejate abiga.

• Elektroluminestsents — ergastatud fosforit läbiva elektrivooluga.

• Kandoluminestsents on helendav kuma.

• Termoluminestsentsi ergastatakse aine kuumutamisel.

Luminestsentsi kasutamine valgusallikates

Luminestsentsvalgusallikad on need, mille kuma põhineb luminestsentsi nähtusel. Seega on kõik gaaslahenduslambid fluorestsents- ja segakiirgusallikad. Fotoluminestsentslampides tekitab kuma elektrilahenduse emissioonist ergastav luminofoor.

Valged LED-id põhinevad tavaliselt sinisel InGaN kristallil ja kollasel fosforil.Enamiku tootjate kasutatavad kollased fosforid on ütrium-alumiiniumgranaadi modifikatsioon, mis on legeeritud kolmevalentse tseeriumiga.

Selle fosfori luminestsentsspektri iseloomulik maksimaalne lainepikkus on 545 nm. Spektri pikalaineline osa domineerib lühilaine osa üle. Fosfori modifitseerimine galliumi ja gadoliiniumi lisamisega võimaldab nihutada spektri maksimumi külma piirkonda (gallium) või sooja piirkonda (gadoliinium).

Cree LED-ides kasutatava fosfori spektri järgi otsustades lisatakse valgele LED-luminofoorile lisaks ütrium-alumiiniumgranaadile ka maksimaalselt punasesse piirkonda nihutatud luminofoor.

Võrreldes luminofoorlampidegaValgusdioodides kasutatav luminofoor on pika tööeaga ning fosfori vananemise määrab peamiselt temperatuur. Tavaliselt kantakse luminofoor otse LED-kristallile, mis läheb väga kuumaks. Muudel fosforit mõjutavatel teguritel on nende kasutusiga vähem väljendunud.

Fosfori vananemine toob kaasa mitte ainult LED-i heleduse vähenemise, vaid ka sellest tuleneva valguse varju muutumise. Fosfori olulise halvenemise korral muutub luminestsentsi sinine toon selgelt nähtavaks. See on tingitud fosfori omaduste muutumisest ja sellest, et LED-kiibi sisemises emissioonis hakkab domineerima spekter. Eraldatud fosforikihi tehnoloogia kasutuselevõtuga väheneb temperatuuri mõju selle lagunemise kiirusele.

Muud luminestsentsi rakendused

Fotoonikas kasutatakse peamiselt elektroluminestsentsil ja fotoluminestsentsil põhinevaid muundureid ja valgusallikaid: LED-e, lampe, lasereid, luminestsentskatteid jne. — just selles valdkonnas kasutatakse luminestsentsi väga laialdaselt.

Lisaks aitavad luminestsentsspektrid teadlasi ainete koostise ja struktuuri uurimisel. Luminestsentsmeetodid võimaldavad määrata nanoosakeste suurust, kontsentratsiooni ja ruumilist jaotust, samuti mittetasakaaluliste laengukandjate ergastatud olekute eluiga pooljuhtstruktuurides.

Seda lõime jätkates:Elektroluminestseeruvad emitterid: seade ja tööpõhimõte, tüübid