Как известно, энергия атомов и молекул квантуется, то есть может принимать определенные значения, но не промежуточные, а при изменении этой энергии происходит поглощение или излучение кванта электромагнитного излучения (фотона) или акустических колебаний (фонона), опять же, строго определенной энергии, либо эта энергия может передаться соседней молекуле или от нее при столкновении. Это наглядно видно по спектрам излучения или поглощения газов и паров, которые состоят из набора дискретных линий, каждая из которых соответствует переходу электронов с одного энергетического уровня на другой. Спектры (обычно изучаю жидкостей и твердых веществ представляют собой не набор линий, а широкие, сильно перекрывающиеся полосы, в связи с сильным влиянием соседних молекул на энергетические уровни.
Допустим, у нас есть молекула, у которой имеются три энергетических уровня E0, E1 и E2. E0 -- основной уровень и в этом энергетическом состоянии молекула пребывает исходно. При поглощении кванта с энергией, равной E2-E0 молекула оказывается в состоянии E2. Это состояние неустойчиво, и молекула его быстро покидает, либо испустив квант света (излучательный переход), либо передав энергию кристаллической решетке или другой молекуле, с которой она столкнется (безызлучательный переход). Но она может вернуться в состояние E0 и фактически вернуть энергию поглощенного кванта света (если переход будет излучательным, в противном случае энергия пойдет просто на нагрев), а может перейти на уровень E1, а затем с него вновь на E0. В этом случае при первом переходе энергия обычно передается кристаллической решетке, а при второй -- излучается квант света меньшей энергии, чем исходная. Это и есть фотолюминесценция, а точнее флюоресценция -- ее "быстрая", почти безынерционная разновидность.
При флуоресценции, как правило, излучается свет с большей длиной волны (по правилу Стокса). За редким исключением "резонансного излучения". Например, дорожные знаки "светятся" зеленым, а поглощают синий солнечный свет. И связано это с тем, что после перехода электронов на более высокий энергетический уровень под воздействием квантов света происходит очень быстрое (но в пределах возбужденного уровня) частичная потеря электронами энергии. В спектроскопии это называется "внутренней конверсией". И кванты света, испускаемые затем при переходе электронов с этого уровня на нижний, оказываются с меньшей энергией, чем поглощенные кванты. То есть длина волны больше, а излучение сдвигается в "красную сторону" спектра. Если же электроны переходят на промежуточный ("метастабильный") уровень, а уже с него на самый нижний, то такое явление называется фосфоресценцией. Флуоресценция происходит за время порядка 10 в минус 8-й секунды, а фосфоресценция может излучаться намного медленнее и затухать в течение секунд и даже минут.
Добавить комментарий