光致发光实验
（凝聚态物理系北京师范大学）
[摘要]本实验报告介绍了光谱学、光谱仪、激光以及电荷耦合器件工作原理，
解释引起He-Ne激光器发光的原因是He、Ne原子能级间的跃迁。通过He灯和
Hg灯定标，通过光栅光谱仪和电荷耦合器件（CCD）测量He-Ne激光器的旁侧
光谱图。
第一部分、理论
1、光谱学
光谱学是研究物质发射、吸收或散射的光、声或粒子来研究物质的方法。
光谱学也可以被定义为研究光和物质之间相互作用的学科。历史上，光谱学指
用可见光来对物质结构的理论研究和定量和定性的分析的科学分支。但是，近来，光谱学的定义已经被扩展为一种不只用可见光，也用许多其他电磁或非电
磁辐射（如微波，无线电波，X射线，电子，声子（声波）等）的新技术。
根据研究光谱方法的不同，习惯上把光谱学区分为发射光谱学、吸收光谱
学与散射光谱学。这些不同种类的光谱学从不同方面提供物质微观结构知识及
不同的化学分析方法。
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。处于高能级的原子或分子在向较
低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱．要使原子或分子
处于较高能级就要供给它能量这叫激发．被激发的处于较高能级的原子、分子
向低能级跃迁放出频率为n的光子在原子光谱的研究中多采用发射光谱。
吸收光谱学是指，处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的
某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和
确定它的化学组成．这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．散射光谱学是指，当光照射到物质上时，会发生非弹性散射，在散射光中
除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光波长长的和
短的成分，后一现象统称为拉曼效应。这种现象于1928年由印度科学家拉曼所发现，因此这种产生新波长的光的散射被称为拉曼散射，所产生的光谱被称为
拉曼光谱或拉曼散射光谱。
2、光谱仪
光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质控等方面，都发挥着极大的作用。
光与物质相互作用引起物质内部原子及分子能级间的电子跃迁，使物质对光的吸收、发射、散射等在波长及强度信息上发生变化，而检测并处理这类变化的仪器被称为光谱仪。因此，光谱仪的基本功能，就是将复色光在空间上按照不同的波长分离/延展开来，配合各种光电仪器附件得到波长成分及各波长成分的强度等原始信息以供后续处理分析使用。
光谱仪器一般都包括入射狭缝、准直镜、色散元件（光栅或棱镜）、聚焦光学系统和探测器。而在单色仪中通常还包括出射狭缝，让整个光谱中一个很窄的部分照射到单象元探测器上。单色仪中的入射和出射狭缝往往位置固定而宽度可调，可以通过旋转光栅来对整个光谱进行扫描。
当一束复合光线进入单色仪的入射狭缝，首先由光学准直镜汇聚成平行光，再通过衍射光栅色散为分开的波长(颜色)。利用每个波长离开光栅的角度不同，由聚焦反射镜再成像出射狭缝。通过电脑控制可精确地改变出射波长。
3、 光谱实验中的光源
光源指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线和X 光线等不可见光)的物体。通常指能发出可见光的发光体。
光源主要分为：热辐射光源，例如，太阳、白炽灯;气体放电光源，例如，炭精灯、水银灯、荧光灯等。
实验室常用激光光源简介
激光是具有高亮度、高单色性、高准直性及高度的时间空间相干性的光源。
3.1 掺钕钇铝石榴石(Nd 3+：YAG)激光器
Nd ：
YAG 激光器由于它的高效率（大于１％）、可工作于高重复率（高于每秒２０次）及可在室温下连续工作而受到高度重视。其基质是在钇钕石榴石YAG （Y 3Al 5O 12）中掺入1.0～1.2%(原子百分比)的Nd 2O 3，激活介质是三价钕离子
Nd 3+。
3.1.1工作原理
激活介质Nd 3+的能级结构为四能级系统，如右
图。激光产生的原理大致为：闪光灯将大量粒子泵
浦至两个高激发带，处于激发带的粒子迅速弛豫到
激光上能级４F 3/2，而激光下能级４I 11/2与基态有
4F 3/2 4
I 11/2
4
I 9/2
2111cm -1的较大间隔，在室温下，二者粒子数布居的关系为，N 11/2 ~ N 9/2 e –10，故４I 11/2能级基本上是空的，从而使弛豫到４F 3/2的粒子几乎全部贡献给了粒子数
反转。激光跃迁发生在４F 3/2与４I 11/2之间，发射波长为1.0641μm 。
Nd ：YAG 的受激发射截面 σ~9x10-19cm 2，约为红宝石激光器的75倍，从而其典型阈值约为0.3Jcm -3，比红宝石激光器的典型阈值低三个数量级。
3.1.2脉冲YAG 激光器
脉冲YAG 激光器的重复频率为数十次不等。可由单只晶体棒工作，也可由震荡级加放大级两只晶体棒工作。
脉冲YAG 激光器一般用氙灯作为光泵浦源，由可控硅或闸流管控制其开关，并有予燃电路予燃。聚光腔为单、双或四个椭圆柱型，YAG 棒在椭圆公共焦点，氙灯管，在椭圆的另一焦点，并采用全腔水冷。如下图所示。
为获得高重复频率短脉冲输出，一般应用调Q 技术压缩输出激光的脉宽。典型的常用调Q 技术是在激光腔内插入某些具有电光效应的非线性晶体，如KDP 、LiNbO 3等，利用它们在外电场的作用下偏振面旋转，再配合起偏器和检偏
器，瞬间降低腔损耗，从而进行电光调Q 的。如下图所示。虽然调Q 带来约80%的能量损失，但其极高的脉宽压缩比，（ms ／10ns ）～105，还是使激光的峰值功率提高了～104。
3.2 氩离子激光器
Ar +激光器是离子气体激光器中应用最广泛的，它具有良好的单色性、稳定性和高功率。Ar +激光器一般充纯Ar 约0.2乇，弧光放电电流约数十安培。
3.3 工作原理
Ar +的能级图如下，存在三种可能的激发
过程。
a) e + Ar(3p 6) → Ar +(3p 5) + 2e ，
e + Ar +(3p 5) → (Ar +)* + e
b) e + Ar(3p 6) → Ar +(3p 5M)* + 2e ，
e + Ar +(3p 5M)* → (Ar +)* + e
c) e + Ar(3p 6) →(Ar +)* + 2e ，
(Ar +)* → Ar +(4p)
激光上、下能级分别为Ar +(4p)和
Ar +(4s)，波长在455nm~529nm 范围内的激光
共有10条，较强的有6条，最强的两条为
514.536nm 和478.995nm 。
3.4 基本结构
离子激光器的发光介质是离子，由于整个系统呈电中性，离子浓度N I 与电
子浓度N e 相当，故激光上能级粒子数N 2的增加与放电电流密度的平方Ｊ2的关系为 222J N N N dt
dN e e I ∝=∝，即激光器的增益正比于Ｊ2。这就要求在细的放电管内通过大电流。
全反射镜 半反射镜 YAG 棒和Xe 灯 偏器 检偏器
调Q 晶体
Ar(3p 6)
Ar +(3p 5) Ar +(4s) Ar +(4p)
大功率放电管为有效降低管壁温度，一般用高导热系数的石墨或BeO 陶瓷制成，并加水冷装置。为了将离子约束在放电管轴心附近，需加轴向磁场，一般由环绕在管壁上的螺线管形成，强度一般为400～800Gs 。
3.4染料激光器
频率可调谐是染料激光器最有意义的性质。其激活介质是某些有机染料化合物在乙醇、甲醇或水等液体中的溶液。这些染料通常有以下几类：闪烁染料(λ<0.4μm) ，豆香素染料(0.4～0.5μm) ，咕吨染料(0.5～0.7μm) ，聚甲炔染料(0.7～1μm)。染料激光器受激发射截面远较固体激光器为高，溶液制备简单，这些是染料激光器的极大优点。
染料分子的能级如右图所示。
各电子态分别由一组振动能级和转动能
级组成。能级的振动间隙一般为1400-
1700cm -1，转动间隙一般要小100倍。由于
液体的作用，密集的转动能级被严重展宽，
造成振动能级之间形成一个连续能带，使染
料激光器具有可连续调频的特性。
染料存在自旋s=0的单重态和自旋s=1的三重态，由于选择定则，单重态和
三重态之间的跃迁是不允许的。在激发光源
的作用下，分子从基态S 0激发到S 1，在很短
时间弛豫到S 1的最低振动态，然后，跃迁到
S 0的某振动态，发射出染料激光。
虽然，S 态和T 态之间的跃迁是禁戒的，
但通过碰撞，S 1与T 1，T 1与S 0之间还是会有
弛豫过程发生。特别是前者导致T 1到T 2的跃迁，这一跃迁几乎吸收了全部从S 1跃迁到S 0发射的染料激光，导致激光的淬灭。只有当三重态的寿命小于系间交
叉速率时，才可能实现激光振荡。在氧饱和和无氧溶液中三重态的寿命分别为10的-7和-3次方量级，故一般用短脉冲激光激励及在染料中添加三重态淬灭剂，可有效提高染料激光的增益。连续染料激光一般用Ar +激光器泵浦，并使染料快速流动以补充含氧量。 激光器是一种新型光源，具有发射方向集中、亮度高、相干性优越和单色性好等特点。
S 0
S 1 S 2 T 2 T 1 单重态
He —Ne 激光器是应用广泛的一种原子气体激光器。激光器由三部分组成：工作物质，谐振腔和激励能源。根据使用要求的不同，有各种具体的结构形式。图8-3-1是外腔式He —Ne 激光器的示意图。R1，R2为镀有多层介质膜的反射镜，其中一块为部分透射，它们组成谐振腔。A 为气体放电管，内部充有一定总气压和一定He 、Ne 混合比的气体为工作物质。D1为阳极，D2为阴极，与直流高压电源相接。电源电压通过阳极钨棒和阴极铝筒加到放电管两端，形成气体辉光放电，在毛细管中产生等离子体。等离子体中处在激发态上的氖原子是激光工作物质，它们发生受激辐射时起光的增益放大作用。由放电管两端的高反射膜板的反射提供光学反馈形成振荡，并从部分透射端输出，得到所需要的激光。
图1 外腔式He-Ne 激光器的结构示意图 用受激辐射将光放大，必须使高能态的粒子数多于低能态的粒子数，即实现上、下能级间的粒子数反转。He —Ne 激光器是通过原子碰撞实现粒子数反转的。在放电管中充以一定比例的He 、Ne 混合气体，直流放电将He 激发至亚稳态。由于跃迁选择定则的限制，被激发的He 只能通过碰撞将激发能转移给Ne ，使Ne 处于激光上能级，而Ne 的激光下能级衰变很快，由此造成高、低能态之间粒子数反转。使两能级间产生受激辐射，即可将光放大。与He —Ne 激光器有
关的能级结构及跃迁情况如图8-3-2所示。图中，用符号
n L S J 21+表示He 原子的能级，采用一般激光理论中常用的帕邢(Paschen)符号标记Ne 原子能级，它是一种经验符号。其中基态能量取为零，纵坐标以电子伏特为单位。
4． He 原子的能级
He 原子由带+2e 电荷的原子核和两个核外电子组成。处于基态时，电子组态为12
s 。这时 n n 121==,
l l 120==,
s 112
=,
s 2
1
2
=-.
He原子的两个电子是按L—S耦合的，可以算出
L l l
=+=
12
0,
S s s
=+=
12
0,
J L S
=+=0.
L l l
=+=
12
01,
S s s
=+=
12
01,
5． Ne 原子的能级 Ne 原子是惰性气体原子，由带+10ｅ电荷的原子核和10个核外电子组成，处于基态时的电子组态为122226s s p 。由于10个核外电子把K 壳层和L 壳全部填满，形成封闭壳层，所以原子总自旋角动量S ，总轨道角动量L 及总角动量J 均为零，其基态为10S 。Ne 原子的激发态是一个2p 电子跃迁至高能级而形成的。当一个2p 电子被激发跳到较高的能级上时，留下的九个电子的集体行为就相当于一个空穴，它们的角动量与一个2p 电子的角动量一样。因此，我们将Ne 的激发态考虑为一个2p 电子的空穴与一个较高能级上电子的耦合，理论和实验证明了这种耦合是()j l ,耦合。耦合方式是先把一个电子的轨道角动量l 1与其自旋角动量s 1耦合成这个电子的总角动量1j ，
j l s 111=+，…，l s 11-.
然后，把j 1与另一个电子的轨道角动量l 2合成中间角动量K ，
K j l =+12，…，j l 12-.
最后，将K 与另一个电子的自旋角动量s 2耦合成总角动量
J K S =+2，…，K S -2.
按上述耦合方法，对于2p 电子的空穴，有
l 11=, s 112=, j 13212
=，. 而跳到ns(n>2)壳层的电子，l 2=0，s 2=12，可得原子的中间角动量K =3212
,，于是原子的总角动量J=2、1、1、0，原子的能级状态共有四个。我们用符号[]nl K J 表示()j l ,耦合能级，则这四个能级可表示为
ns 322??????， ns 321??????， ns '??????120， ns '??????121
其中，带'的ns 表示相应于这一能级的j 112
=。这四个能级与图8-3-2中Ne 原子能级上所标的帕邢符号S 项的一组四个能级对应，它们之间的对应关系为：
ns S 3225??????→， ns S 3214??????→， ns S '??????→1203， ns S '??????→121
2 如果2p 电子跳到np(n>2)壳层，则该电子轨道角动量l 2=1，自旋角动量s 2=12，对于2p 电子的空穴，仍有j 13212
=，，同理可计算出各角动量值，如表8-3-1所示。
表1 角动量值
这样得出原子的能级状态共有10个，它们与图8-3-2中氖原子能级图中p 项一组10个能级相对应，对应关系是
np P 12110??????→ np P 5239??????→ np P 5228??????→ np P 321
7??????→ np P 3226??????→ np P '??????→3215 np P '??????→3224 np P 120
3??????→ np P '??????→1212 np P '??????→120
1
6． 粒子数反转机制
He —Ne 激光器是通过气体放电的方式获得激励能量的。充有He 、Ne 气体的放电管的两个电极之间加有几千伏的直流电压，在管内的发光区有均匀的电位降梯度。气体被高度电离后，电子被电场加速获得动能，并通过第一类非弹性碰撞将能量转移给He 原子，使它们跃迁至激发态。一般情况下，激发态的原子可以通过光辐射过渡到低能态或基态，因此，原子处于高能态的平均寿命非
常短。但是，有一些激发态与所有低于它们的能级之间都不满足跃迁的选择定则，不能通过光辐射跃迁至低能态，这种激发态称为亚稳态。处于亚稳态的原子寿命比较长。He 的210S 和231S 就是这种亚稳态。210S 态的S=L=J=0，比它能量低的态只有基态110S ，S=L=J=0，它们之间的辐射跃迁不满足跃迁选择定则
?S =0
?L =±1
?J =±01,
同理，231S 与110S 之间的辐射跃迁也不能实现。这样，被激发到210S 和231S 态的He 原子就不能经过辐射跃迁回到基态。另一方面，被激发到更高能态上去的He 原子有相当一部分经跃迁后会落到这两个亚稳态上。所以放电一旦建立，就会有大量He 原子处在210S 和231S 两个能级上。这两个亚稳态不能靠辐射光子回到基态，只能通过与其它粒子发生第二类非弹性碰撞把能量转移给其它粒子，再回到基态。尤其当两种粒子相应能级间的能量差?E 很小时，这种过程特别容易发生，称为能量的共振转移过程。从图8-3-2中可以看到Ne 的22S 能级(19.78eV)和32S 能级(20.66eV)正好分别与He 的231S （19.82eV ）和210S （20.61eV ）能量相差很少，所以处于231S 和210S 态的He 原子很容易通过同Ne 原子碰撞把Ne 原子激发到22S 和32S 能级上去。这就是He —Ne 激光器充He 的原因，通过He 将Ne 激发到激光上能级，实现粒子数的反转分布。Ne 原子的激光上能级寿命短，所以通过直接和电子发生第一类非弹性碰撞使Ne 原子向激光
上能级集居的贡献很小。
而激光下能级24P 和34P 的寿命很短，到达这两个能级上的粒子通过自发辐射很快降落到1S 能级上。1S 是个亚稳态，寿命较长，它不能靠辐射跃迁回到基态，只能靠跟管壁的碰撞放出能量，回到基态。这就是所谓的“管壁效应”，选毛细管作放电管有利于增强这种效应。
7． 激光跃迁
激光跃迁发生在Ne 原子能级之间。在()j l ,耦合中，比较严格的选择定则如下
?J =±01,,
?l 21=±.
在满足这两条的可能跃迁中，???J K l ==2的跃迁较强，其它跃迁较弱。又由于跃迁ns np '→'是j j 111212
=→=之间的跃迁，原子状态的变化只涉及一个激发电子状态的变化，发生几率较大，而跃迁ns np '→是j j 111232=
→=之间的跃迁，原子状态的变化不仅和激发电子状态的变化有关，也和其它电子状态的变化有关，发生的几率较小。
下面，由图8-3-2分析与形成激光有关的能级跃迁。32S 能级在向10个3P 能级的跃迁中除去向93P 的跃迁不许可外，（因为?J =2，不符合选择定则），向其余9个能级的跃迁都是允许的。在这9个跃迁中，跃迁3324S P →，3326S P →满足???J K l ==2的要求，谱线较强，且跃迁3324S P →属于j j 111212
=→=之间的跃迁，所以，这条光谱线最强，其余的都比较弱。同样，322S P →的可能跃迁中，跃迁3224S P →最强。同样，222S P →的可能跃迁中，跃迁2224S P →最强。所以这三条谱线是He －Ne 激光器中最强的激光谱线。附录8-3-１列出了部分能级之间可能发生的跃迁及跃迁所对应的波长值。
8． 光谱强度与能级粒子数的关系
当激光管放电但无激光输出时，粒子数在Ne 的激光上能级高度聚集，这时激光管的旁侧光谱就是通常在相同条件下的放电管光谱，它反映了3S 向低能级自发辐射跃迁的情况。设满足辐射跃迁选择定则的两个能级i 和j 之间的自发辐射光谱强度I ij 为
I N A h ij i ij ij =ν. （8-3-1）
实验测量系统最终记录的光谱线强度（谱线高度或面积）H ij 与I ij 成正比，比例
系数()
ηλij 是测量系统的总效率，即 ()
H N A h ij ij i ij ij =ηλν， （8-3-2） ()()[]N H A hc i ij ij ij ij
=ληλ， （8-3-３） 其中N i 为上能级的粒子数。如果知道能级间的自发辐射系数A ij 和测量系统的总
效率()
ηλij ，就可通过测量激光旁侧光谱线的强度得到对应于各个辐射跃迁的上能级的粒子数及各能级之间的粒子数差。
当有激光输出时，旁侧光谱的强度会发生变化，这是由于有关能级的粒子布居数发生了变化。由于32S 能级上的粒子通过受激辐射产生激光输出，并以极大的优势向24P 跃迁，造成32S 能级上的粒子数减少很多，造成32S 向22P ，23P ， 210P 跃迁产生的三条谱线旁侧光减弱。有激光输出时，跃迁3222S P →减弱，使得22P 能级上粒子数减少，于是跃迁2125P S →的自发辐射强度减弱。受激发射的结果还使得35S 能级粒子转移至32S 能级，减少了35S 向29P 的跃迁，也使得跃迁2196P S →减弱。而另一方面，大量粒子的跃迁发生于3224S P →，造
成24P 能级上粒子数大大增加，这时以24P 为上能级的跃迁必然会得到加强。
从上面分析可知，He －Ne 激光器旁侧光谱的强度及其变化直接反映了Ne 原子与激光跃迁相关的能级上的粒子数分布及其变化。 9.光学多道分析仪
光学多道分析仪OMA （Optical Multi-channel Analyzer ）是采用电荷耦合器件（CCD ）和计算机控制的新型光谱分析仪器，由光栅单色仪、CCD 接收单元、扫描系统、电子放大器组成，它集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。目前，它已被广泛使用于几乎所有的光谱测量、分析及研究工作中，特别适应于对微弱信号、瞬变信号的检测。而电荷耦合器件(Charge Coupled Devices, 简称CCD)是20世纪70年代发展起来的新型半导体集成光电器件。它是由美国贝尔电话实验室W.S.Boyle 和G.E.Smith 于1970年首先提出的。由于CCD 器件的结构特点它可以同时探测到分布在空间的多个信号，如一排光谱。因此它也称为“同时型”或“并行接收型”的探测器件。CCD 探测器件具有高灵敏度，低噪声，快速读出，高动态范围和宽光谱响应范围等优点。经过30年的研发，CCD 器件及其应用技术取得惊人的进展，已经成为集光学，电子学，精密机械与计算机技术为一体的综合性技术。
在光谱学实验中，摄谱仪得到广泛的应用。传统的摄谱实验，将样品光谱和标准光谱记录在照相干板上，经过装底片，长时间暴光，暗房冲洗，投影仪识谱、比长仪测定波长等步骤才能完成。这种摄谱方法步骤繁杂，耗时冗长，拍摄成功不易把握。在计算机和CCD 系统的性能不断提高的同时，其价格在不断降低，以新的光电计算机技术代替传统的照相分析方法不仅成为可能而且正在众多物理，化学、生物等光谱实验中得到迅速普及。\ 第二部分、实验
修正波长、用已知光谱的He 灯Hg 灯来标定未知的He-Ne 激光器的旁侧光谱。
1、实验仪器
He灯、Hg灯、He-Ne激光器、光栅光谱仪、电荷耦合器件（CCD）、计算
机
2、实验步骤
(1)了解整个实验过程，学习软件的使用。“检索”选项：改变中心波长；“背景”选项：去除背景噪声；“实时”选项：开始测量；“停止”：停止测量；左侧的任务栏中可以改变一些设定值；屏幕底下的一行工具栏中含有读取
图中点的位置和手动定标项。
(2)对照He、Hg的光谱图，分析并确定整个标定过程将分5次完成：中心
波长依次取420nm、490nm、560nm、590nm和670nm。420nm 、470nm和670nm
使用He 灯定标，560nm、590nm使用Hg灯定标。
(3)开始实验，先对软件进行设定：曝光时间15，平均次数1，累加次数1，纵轴最大值选择4000左右，最小值为0，检索波长范围设置为80nm。接着将
He灯正对光栅光谱仪的入射狭缝中心。
(4)操作软件：选择“检索”，输入中心波长420nm；检索完成，点击“背景”，去除背景影响；接着打开He灯，选择“实时”开始测量，接收光谱；接收完满屏光谱后，选择“停止”，停止测量过程。
(5)得到He灯光谱后，进行定标，完成道址到波长的转换：依次用鼠标选
中图中的谱线，移动上下左右箭头，读取强度最大值处的道址（横坐标的值），然后将其与已知的He标准光谱谱线图进行对比，按照波长差之比等于道址差之比，确定扫描图像中的各根谱线。
(6)确定谱线后，进行定标：选择“手动定标”，鼠标点击谱线，移动上下左右箭头，当位于最大强度处，按下回车键，出现一个对话框，输入对应的谱
线波长值，再选择“添加下一点”，逐次完成屏上所有已知谱线的道址与波长
之间的转化，最后选择“完成定标”，出现一新对话框，选择定标方式“线性
定标”，之后按下“定标”便完成整个定标过程，并读取新坐标中横坐标的波
长范围，后保存数据。
(7)关掉He灯，测背景，去除背景影响，然后打开He-Ne激光器，使其旁
侧光入射到狭缝中，开始“实时”测量光谱，出现谱线后，“停止”测量。选
中其中的谱线，移动上下左右箭头，使位于强度最大处，读出其波长取值即可，最后保存数据。
(8)完成一次定标过程后，进行新的检索，设定中心波长值，重复步骤(4)(5)(6)(7)，但是要注意使用的参考灯扫描出全部谱线，实验完成，拷出数据，关掉仪器。
(9)整理实验数据，进行
作图，并将五幅图拼接成一幅完整的He-Ne激光器的旁侧光谱图。
3. 数据分析
图1 He灯中心波长420nm光谱图，用于定标
图2 He灯中心波长490nm光谱图，用于定标
图3 He灯中心波长670nm光谱图，用于定标
图4 Hg灯中心波长560nm光谱图，用于定标
图5 Hg灯中心波长590nm光谱图，用于定标
图6 He-Ne激光器的旁侧光谱
图1到图5分别为用He灯和Hg灯定标时的光谱图，图6为He-Ne激光器的旁侧光谱，从图中可以看出旁侧光谱主要集中在550nm-700nm波段，谱线丰富，旁侧光谱反映了He-Ne原子能级的信息，反映了有关激光跃迁能级粒子数变化的图像。在对激光的研究中有着重要的作用。
《光的反射》实验报告 一、光的反射现象 光射到物体表面上时，会有一部分光被物体表面反射回来，这种现象，就叫做光的反射。 二、光的反射定律 1、几个名词：法线：经过入射点O并垂直于反射面的直线ON叫做法线。 2、光的反射遵循什么规律呢？（角大小怎样？光线位置在哪？可对称等等。） 实验器材：激光笔装置盒、配有镜子的白色卡纸、铅笔、量角器(如上图) 学生活动一： 1.探究目的：探究三线是否在同一平面。 做法：再将白色卡纸一半伸出盒外，让法线与底座盒子一边重合，再次贴着MN线竖直放上镜子，选择600入射光线，观察到反射光线后，再将伸出部分纸片向下按，看看纸上能否再次看到反射光线。再将纸片折回再观察。 总结：入射光线、反射光线、法线在平面内。（“几个”or“同一个”） 学生活动二： 1.探究目的：探究两角大小关系以及三线位置关系。 转动卡纸与镜子,让光分别从300 、400、600入射到镜面同一入射点O，在白卡纸上观察反射后光线位置，并画出反射光线所在位置，探究两光线与法线夹角关系，注意观察入射光线的方向改变时，反射光线的方向怎样改变。（至少做3次）将数据记入下表中： 总结：（1）反射角入射角 （2）入射光线、反射光线位居法线。（“同侧”or“两侧”） 综合分析探究活动一、二，总结光的反射规律。 ①三线共面②两线分居法线两侧③两角相等 学生活动三：举起镜子，观察后面的同学，后面同学能否从镜子中也看到你？ 1.探究目的：探究光路是否可逆？ 学生动手：在原卡纸上找到一条反射光线，让激光反过来沿这条反射光线入射，再次观察射出的光线位置，比较与之前光路有什么特点。（此次反射光线与原先入射光线重合）小结：反射时光路是的。 学生活动四：镜面反射和漫反射 画出下列光线的反射光线：（先过O点作与镜面垂直的法线，再量出入射角，在另一侧量出等大的反射角，画出反射光线。）
2014-2015学年第一学期八年级物理分组实验 探究光的反射规律的实验报告 班级姓名 实验目的：探究光的反射规律 试验器材：平面镜1个。激光笔1个，带刻度光盘的光屏1个，水槽一个，支架1对，夹子1个。 实验步骤： 1、按要求组装器材。 2、用激光笔射出一束激光，用笔记下入射光线和反射光线的位置，并在刻度光盘上读出入射角和反射角的度数，记录在表格中。 3、重复实验两次。 4、将光屏向前或向后折，观察反射光线。 5、整理器材。 实验记录： 次数入射角i 反射角r 1 2 3 实验结论： 1、在反射现象中，在同一平面内； 2、居法线两侧； 3、——————————————。
2014-2015学年第一学期八年级物理分组实验 探究平面镜成像特点的实验报告 班级姓名 【实验目的】探究平面镜成像特点 【实验器材】两支完全一样的蜡烛、一块玻璃板、一个光屏、火柴、刻度尺 【实验步骤】 1、将玻璃板垂直置于桌面，在玻璃板的一侧立一支点燃的蜡烛，透过玻璃板观察其另一侧面的蜡烛的像。 2、将光屏放在像的位置，不透过玻璃板，直接观察光屏上有无像。 3、将相同的未点燃的蜡烛放在像的位置，观察像与蜡烛的大小关系。 4、移到蜡烛的位置，观察其像的大小有无变化。 5、量出蜡烛和像到玻璃板的距离。 【实验数据】 像与物的大小关系物体与玻璃 的距离（cm） 像与玻璃的 距离(cm) 物像连线与 镜面的关系 实像或虚像 位置1 位置2 位置3 【实验结论】 平面镜成像特点： 1.像和物大小, 2.像到镜面的距离和物到镜面的距离 3.像和物的连线与镜面 4.平面镜所成像是像
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体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲线[1]表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。 接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。 能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下。载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。 激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。对发光效率有决定性的影响。 应用 光致发光最普遍的应用为日光灯。它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。其效率约为白炽灯的5倍。此外,“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。 光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。
光致发光技术在晶体硅太阳电池缺陷检测中的应用近年来，光伏产业发展迅猛，提高效率和降低成本成为整个行业的目标。在晶体Si太阳电池的薄片化发展过程中，出现了许多严重的问题，如碎片、电池片隐裂、表面污染、电极不良等，正是这些缺陷限制了电池的光电转化效率和使用寿命。同时，由于没有完善的行业标准，Si片原材料质量也是参差不齐，一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。因此，太阳能行业需要有快速有效和准确的定位检验方法来检验生产环节可能出现的问题。 发光成像方法为太阳电池缺陷检测提供了一种非常好的解决方案，这种检测技术使用方便，类似透视的二维化面检测。本文讨论的是光致发光技术在检测晶体Si太阳电池上的应用。光致发光(photoluminescence，PL)检测过程大致包括激光被样品吸收、能量传递、光发射及CCD成像四个阶段。通常利用激光作为激发光源，提供一定能量的光子，Si片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出荧光。利用冷却的照相机镜头进行感光，将图像通过计算机显示出来。发光的强度与本位置的非平衡少数载流子的密度成正比，而缺陷处会成为少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子密度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，通过观察光致发光成像能够判断Si片或电池片是否存在缺陷。 1 实验 实验选取大量低效率电池进行研究，现举典型PL图像进行分析说明。电池所用Si片为125 mm×125 mm，厚度(200±10)μm，晶向<100>，p型CZ太阳能级Si片。PL测试仪器的基本结构如图1，激光源波长为808 nm，激光装置中带有均化光器件，使光束在测量的整个区域均匀发光。由于载流子的注入，Si片或电池片中会产生电流使其发出荧光，在波长为1 150 nm时的红外光最为显著，所以选用了适当的滤光片和摄像头组合，使波长在1 150 nm附近的荧光得以最大的通过。冷却的摄像头(-50℃)在室温暗室中可以感光并生成512×512像素的图像，曝光时间为1 s。整个实验装置由微机程序控制。虽然PL可以直接测量Si片，但为了实验的对比性，本文均采用对电池的测量图像作对比。
有机电致发光材料的新进展 唐杰 （湖南工程学院化学化工学院，湘潭，411101） 摘要：介绍了有机电致发光材料的最新进展，对有机电致发光材料进行分类和评述，重点介绍载流子传输材料和发光材料(小分子发光材料，金属配合物发光材料和聚合物发光材料)的国内外研究现状，并对有机电致发光材料的应用前景进行评述。 关键词：有机电致发光；发光材料；有机小分子；金属配合物；聚合物 Abstract：The recent progress of organic electroluminescent materials was introduced. Various kinds of organic molecular materials and polymer materials used for organic electroluminescence at present were mainly described. The future application of the materials was described. Key words：organic electroluminescence；luminescent material；small organic molecule；organometallic complex；polymer 前言 有机电致发光(organic electro-luminescence )，也叫有机发光二极管(organic light-emitting diode)，简称为OLED[1]，是指有机物在电场作用下，受到电流电压的激发而发光的现象，是一种直接将电能转化光能的过程。该类材料具有低成本、制作简单、驱动电压低、体积小、响应时间短、重量轻、高导电性、良好的成膜性、视角宽、可大面积使用、柔韧性及可塑性好、自身可发光等显著优点，能够满足照明和显示技术高的需求，已经吸引了科学界和商业界的高度关注。目前国内外对OLED的研究主要集中在发光材料的研究，器件的制作和产品研发上。 在20世纪30年代的时候，人类就开始对有机电致发光材料进行研究了。最初的是1936年Destriau发现的，他将化合物不集中在聚合物中制备了薄膜。1963年，Pope、Lohmann、Helfrich和Willams等人都接连研究了稠环芳香族的蒽、萘等化合物，但大都由于诸多因素而使其发展受到限制。1982年，美国柯达集团的Vincett[2]等人，用真空沉积有机薄膜的这样方法得到有机电致发光材料。从此，对有机发光材料研究的帷幕拉开了。1987年，C.W.Tang[2，3]利用超薄薄膜技术，得到了有机电致发光的材料这一进展对有机发光材料研究的影响很大，全世界都
光致发光高分子材料 摘要：稀土高分子发光材料由于兼具稀土离子发光强度高、色纯度高和高分子材料优良的加工成型性能等优点而倍受瞩目。本文就稀土光致发光材料进行了分类，对其发光特性作了简要介绍，综述了其开发与应用的历史与现状，并介绍了其目前在各个领域的应用产品。 关键词：稀土；高分子；光致发光材料；长余辉材料 1前言 光致发光材料又称超余辉的蓄光材料。长余辉光致发光材料是吸收光能后进行蓄光而后发光的物质。它是一种性能优良，无需任何电源就能自行发光的材料。可利用其制成各种危险标识、警告牌；做成各种安全、逃生标志;在应付突发事件、事故中可发挥巨大的作用。在发生突发事故时，电源往往被切断，这使得许多依靠电源发光照明的安全标志失去了作用，而采用长余辉发光材料的安全标志此时将发挥其特殊的作用。因此长余辉光致发光材料的研究，具有重要的科学意义和实用性[1]。现在我们已开发出很多实用的发光材料。在这些发光材料中,稀土元素起的作用非常大[2,3]根据激发源的不同,稀土发光材料可分为光致发光材料、阴极射线(CRT)发光材料、X射线发光材料以及电致发光材料[4]。本文主要介绍光致发光材料. 2光致发光材料的发光原理[5] 发光材料被外加能量(光能)照射激发后，能量可以直接被发光中心吸收(激活剂或杂质)，也可被发光材料的基质吸收。在第一种情况下，吸收或伴有激活剂电子壳层内的电子向较高能级的跃迁或电子与激活剂完全脱离及激活剂跃迁到离化态(形成“空穴”)。在第二种情况下，基质吸收能量时，在基质中形成空穴和电子，空穴可能沿晶体移动，并被束缚在各个发光中心上，辐射是由于电子返回到较低(初始)能量级或电子和离子中心(空穴)再结合(复合)所致。即当外加能量(光能)的粒子与发光基质的原子发生碰撞而引起它们激发电离。电离出来的自由电子具有一定的能量，又可引起其他原子的激发电离，当激发态或电离态的原子重新回到稳定态时，就引起发光[6]。发光基质将所吸收的能量转换为光辐射，这
InN的光致发光 与其他的Ⅲ族氮化物相比，InN具有最小的电子有效质量、最高的电子迁移率以及最高的饱和电子漂移速度。随着In组分的改变，InGaN的光谱可以覆盖到整个可见光甚至红外区域，在光电子器件方面有着重要的应用。但是由于InN 的生长缺乏晶格常数以及热膨胀系数都匹配的衬底材料，并且由于InN自身较低的分解温度以及生长过程中需要较高的的氮平衡蒸汽压，这使得InN的生长变得非常困难。近年来随着生长技术以及生长方法的改进，利用分子束外延（MBE）以及金属有机化学气相淀积（MOCVD）已经可以制备得到高质量的InN薄膜。Wang采用边界温度控制外延的MBE生长方法生长出迁移率为3280cm2·V-1·S-1，载流子浓度为1.47×1017cm-3的高质量的InN薄膜。Miller等人证实了在Mg掺 杂的InN中，在某一掺杂浓度范围内材料内部会实现P型，但是表面依然是n 型，同时根据PL谱推算Mg的掺杂能级在价带之上约70meV.但是由于材料质 量的限制，目前对MOCVD制备的InN薄膜性质的研究还相对缺乏。 本文重点研究利用MOCVD制备的InN薄膜的光致发光(PL)特性，分析了PL谱与半导体带隙以及载流子浓度之间的关系，同时观察了温度对材料发光特性的影响。 实验 实验中InN薄膜是采用了Thomas Swan MOCVD生长系统，在α-Al2O3蓝宝石（0001）的衬底上进行的异质外延生长。生长前首先通入NH3，在1150℃的条件下对衬底进行氮化，生长过程采用了两步法：首先在570℃的条件下生长GaN缓冲层，厚度大约为25nm，然后在605℃的条件下生长InN外延层，生长时间为2.5h，压强为300Torr，生长厚度大约为300nm.生长过程中分别采用三
关于光的反射实验报告单模板文档2篇 About light reflection experiment report sheet template document
关于光的反射实验报告单模板文档2篇小泰温馨提示：实验报告是把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报。本文档根据实验报告内容要求展开说明，具有实践指导意义，便于学习和使用，本文下载后内容可随意修改调整及打印。 本文简要目录如下：【下载该文档后使用Word打开，按住键盘Ctrl键且鼠标单击目录内容即可跳转到对应篇章】 1、篇章1：探究光的反射定律实验报告文档 2、篇章2：八年级物理实验：光的反射实验报告文档篇章1:探究光的反射定律实验报告文档 《探究光的反射定律》实验报告 实验目的：探究光的反射定律 试验器材：平面镜1个。激光笔1个，带刻度光盘的光屏1个，水槽一个，支架1对，夹子1个。 1、按要求组装器材。
2、用激光笔射出一束激光，用笔记下入射光线和反射光线的位置，并在刻度光盘上读出入射角和反射角的度数，记录在表格中。 4、将光屏向前或向后折，观察反射光线。 1、在反射现象中，————————————都在同一平面内； 2、————————————分居法线两侧； 3、——————————————。 篇章2:八年级物理实验：光的反射实验报告文档【按住Ctrl键点此返回目录】 一、实验名称：探究光的反射规律 通过实验探究光反射时的规律，能用光反射规律解释一些简单的现象。 画有角度的可折叠的白色硬纸板、平面镜、两个光源、铅笔、直尺等。 四、实验步骤 1、把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张硬纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。
粉末电致发光材料晶体生长和发光特性 本论文研究了Cu~+对ZnS：Cu电致发光材料发光特性的影响；讨论了晶体生长过程中灼烧温度、助熔剂的作用及对发光材料结构、粒度、发光特性的影响；采取相变技术和采用掺入两种激活剂的方法较大地提高了粉末电致发光材料的发光性能。研究表明,随着Cu+掺入量的增加,材料发光亮度随之增加,Cu+掺入浓度为0.15%时,发光材料的亮度达到最大,但发光亮度并不会随着Cu+掺杂浓度的增加一直增大。同时借助光致发光光谱进一步研究了ZnS：Cu的发光机理及发光特性,Cu+浓度小于0.15%时,光致发光光谱的峰值随Cu+浓度增加而逐渐增大,当Cu+浓度为0.15%时,光致发光光谱的峰值达到最大, Cu+浓度大于0.15%时,光致发光光谱的峰值开始迅速下降。通过改变灼烧温度及灼烧气氛达到改变晶体粒度的大小,随着焙烧温度的提高,ZnS：Cu的平均粒度增大,在800℃到1250℃之间可以获得平均粒度在5/μm-22/μm的发光材料,发光材料的亮度也呈增大的趋势。虽然助熔剂Br-、Cl-的加入对发光材料的粒度影响较小,但Br-、C1-起电荷补偿作用,可增加Cu+在晶体中的溶解度。我们采用晶体相变技术,获得了以立方相结构为主、结晶好、亮度高的绿色发光材料。本文提出在ZnS基质材料中同时掺入Cu+、Au+两种激活剂,通过改变掺杂比例来探索提高粉末电致发光材料发光性能的方法,在ZnS晶体中它们以一价阳离子形式进入ZnS晶格中,形成更多的发光中心。通过在基质ZnS材料中掺入Cu+和Au+两种不同浓度的激活剂,在不影响材料颜色的前提下,较大地提高了电致发光材料的亮度。论文的完成对改善绿色交流粉末电致发光材料ZnS：Cu的发光特性,获得优质的ZnS：Cu绿色发光材料及拓宽材料的应用领域有着重要的经济和现实意义。 同主题文章 [1]. Aron ,Vecht ,朱自熙. 八十年代粉末电致发光(EL)技术' [J]. 发光学报. 1981.(03) [2]. 近期外文资料索引' [J]. 液晶与显示. 1986.(06) [3]. 周连祥. 一种研究粉末电致发光(EL)器件频率特性的新方法' [J]. 发光学报. 1992.(01) [4]. 王金忠,杜国同,王新强,闫玮,马燕,姜秀英,杨树人,高鼎 三,Chang ,R ,P ,H. 退火对ZnO薄膜结构及发光特性的影响' [J]. 光学学报. 2002.(02) [5]. 谢伦军,陈光德,竹有章,汪,屿. ZnO薄膜表面和边缘的发光特性(英文)' [J]. 发光学报. 2006.(06)
报告编号：YT-FS-8650-39 关于光的反射实验报告单 模板(完整版) After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas. 互惠互利共同繁荣 Mutual Benefit And Common Prosperity
关于光的反射实验报告单模板(完整 版) 备注：该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告，并反映遇到的基本情况、实际取得的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。文档可根据实际情况进行修改和使用。 篇一：探究光的反射定律实验报告 《探究光的反射定律》实验报告 实验目的：探究光的反射定律 试验器材：平面镜1个。激光笔1个，带刻度光盘的光屏1个，水槽一个，支架1对，夹子1个。 实验步骤： 1、按要求组装器材。 2、用激光笔射出一束激光，用笔记下入射光线和反射光线的位置，并在刻度光盘上读出入射角和反射角的度数，记录在表格中。 3、重复实验两次。 4、将光屏向前或向后折，观察反射光线。
5、整理器材。 实验记录： 实验结论： 1、在反射现象中，————————————都在同一平面内； 2、————————————分居法线两侧； 3、——————————————。 篇二：八年级物理实验：光的反射实验报告 一、实验名称：探究光的反射规律 二、实验目点： 通过实验探究光反射时的规律，能用光反射规律解释一些简单的现象。 三、实验器材 画有角度的可折叠的白色硬纸板、平面镜、两个光源、铅笔、直尺等。 四、实验步骤 1、把一个平面镜放在水平桌面上，再把一张硬纸板竖直地立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。
<有机化学进展>结课论文 题目:有机电致发光材料的研究现状 院系： 专业： 班级： 学号： 姓名：
有机电致发光材料的研究现状 摘要：本文对有机电致发光显示器件的发展历史，器件结构、工作特征、发光器件（OLED）的优点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。详细介绍了有机发光材料的研究状况，包括小分子发光材料、高分子(聚合物)发光材料，以及新材料的开发。最后总结了国内外OLED 技术的发展状况。 关键词：小分子有机电致发光有机高分子聚合物电致发光 Research and development of organic electroluminescent materials Abstract Organic light-emitting diodes (OLEDs), having excellent properties of low driving voltage and brightemission, have been extensively studied due to their possible applications for flat panel color displays.At the same time, or-ganic electroluminescent materials have been made with an outstanding progress.And thestatus of organic electrolumi-nescent materials(including evaporated molecules and polymers)were reported in this paper. Key words OLED, organic luminescent materials, evaporated molecules and polymers 有机电致发光显示（organic electroluminesence Display）技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管（LED）相似，所以又称之为OLED（organic light emitting diode）。2000年以来，OLED受到了业界的极大关注，开始步入产业化阶段。 一、发展历史 1936年，Destriau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，得到最早的电致发光器件。20 世纪50年代人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，A. Bernanose等人在蒽单晶片的两侧加上400V的直流电压观测到发光现象，单晶厚10mm～20mm，所以驱动电压较高。1963年M. Pope等人也获得了蒽单晶的电致发光。70年代宾夕法尼亚大学的Heeger探索了合成金属[1]。1987年Kodak 公司的邓青云首次研制出具有实用价值的低驱动电压（<10V，>1000cd/m2）OLED 器件（Alq作为发光层）[2]。1990年，Burroughes及其合作者研究成功第一个
第六章光致发光材料荧光光致发光材料荧光光谱分析荧光光谱分析 案例： 3000 534.4 5000 627.8 Intensity/a.u. 2000150010005000 200 300 400 500 600 700 262.4 Intensity/a.u. 2500 4000300020001000 550 600 650 700 567 wavelength/nmwavelength/nm 图6-1 CaS:Eu,Sm激发光谱（监控波长630nm）图6-2 CaS:Eu,Sm荧光光谱（监控波长630nm） 100 35003000 Intensity/a.u. 629.8 806040200 Intensity/a.u. 25002000150010005000 550 600
650 700 750 8001000120014001600 λ/nm wavelength/nm 图6-4 CaS:Eu,Sm红外响应光谱 图6-3 CaS:Eu,Sm红外上转换发射光谱（980nm激发）概念： 当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收了外界能量，其电子处于激发状态，物质只要不因此而发生化学变化，当外界激发停止以后，处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中，一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来，就称为发光现象。概括地说，发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。一只日光灯，接通电源以后，首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光（这叫做气体发光），然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉，从而发出可见光。夜明像章之所以能在晚上闪闪发光，是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候，像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来，然后慢慢地发出光来，这种发光可以持续几个小时。 紫外线和红外线虽然看不见，但我们也把他们归结为光。因此，光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。 下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。 一. 吸收光谱 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。只有被吸收的这部分光才对发光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。研究哪些波长被吸收，吸收多少，显然是重要的。 发光材料对光的吸收，和一般物质一样，都遵循以下的规律，即： I(λ)=I0(λ)e-kλx 其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度，I(λ)是光通过厚度x后的强度，kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的，称为吸收系数。kλ随波长（或频率）的变化，叫作吸收光谱。发光材料的吸收光谱，首先决定于基质，而激活剂和其他杂质也起一定的作用，它们可以产生吸收带或吸收线。 二. 反射光谱
WSe_2单分子薄膜表面形貌及其光致发光性质的研究过渡金属硫化物（TMDCs）的层状结构与石墨类似,属于层状材料,其层间依靠较弱的范德华力结合,层内则通过共价键结合,所以通过微机械剥离法可以获 得单分子层TMDC薄膜。对于典型的TMDC材料（如WSe2）,当其层 数减少至单分子层时,其能带结构会从原本的间接带隙转变为直接带隙,并出现 谷选择性和自旋-谷耦合等特性,这使得TMDC材料成为研究光电子、光偏振和谷电子学的热门材料。另一方面,由于WSe2薄膜良好的物理性质,通过改变WSe2少层或单层的表面形貌特征实现其光学性质的调控也是 一个热门的研究方向。然而,两者的交叉方向,相关工作目前还鲜有报导。 将薄膜塑形与谷电子学、光学偏振等特性关联起来,研究表面形貌对单层或少层薄膜激子态、发光偏振等性质的影响是一个极具意义和挑战的新兴研究领域。结合上述研究背景,本论文开展了对WSe2单分子薄膜表面形貌及其 光致发光性质的研究工作。本论文利用微机械剥离法制备了单层 WSe2,通过干法转移分别将单层样品覆盖在 Bi2Se3和WS2块材衬底上,通过对样品表 面进行AFM表征,结合光致发光偏振光谱研究衬底表面效应导致的形貌和光学偏振的变化,以及温度对样品光学性质的影响,获得如下结果:1、在单分子薄膜上引入突刺或微纳褶皱形貌。由于在薄膜转移过程中,引入不可避免的撕拉和扭结, 单层样品可出现许多尖锐的突刺,突刺尺寸大约0.1-1μm,高度起伏5-40nm,形 状大小不均一。 而这些突刺有时会排列成有清晰走向的皱褶。2、微纳尺度的特征形貌与单分子薄膜荧光信号、光学偏振的关联。细小突刺及褶皱给单层引入应力,使室温下单层WSe2的光致发光峰位出现明显的红移。不同激发区域由于突刺的结构差异,发光峰位红移量不等,峰位中心波长可从745nm最大红移至785nm。 而低温下（10K）的单层WSe2光致发光产生了新的特征峰,且新特征峰相对于原激子峰有明显的能量红移,红移量最高可达到150meV。这类新特征峰仅在衬底为Bi2Se3的样品上才能明显观测到。 Bi2Se3的拓扑表面态为单分子薄膜中本征激子及带电 激子提供了淬灭渠道,消除了这些固有信号的强干扰,从而突显了跟微纳形貌相
光致发光实验 （凝聚态物理系北京师范大学） [摘要]本实验报告介绍了光谱学、光谱仪、激光以及电荷耦合器件工作原理， 解释引起He-Ne激光器发光的原因是He、Ne原子能级间的跃迁。通过He灯和 Hg灯定标，通过光栅光谱仪和电荷耦合器件（CCD）测量He-Ne激光器的旁侧 光谱图。 第一部分、理论 1、光谱学 光谱学是研究物质发射、吸收或散射的光、声或粒子来研究物质的方法。 光谱学也可以被定义为研究光和物质之间相互作用的学科。历史上，光谱学指 用可见光来对物质结构的理论研究和定量和定性的分析的科学分支。但是，近来，光谱学的定义已经被扩展为一种不只用可见光，也用许多其他电磁或非电 磁辐射（如微波，无线电波，X射线，电子，声子（声波）等）的新技术。 根据研究光谱方法的不同，习惯上把光谱学区分为发射光谱学、吸收光谱 学与散射光谱学。这些不同种类的光谱学从不同方面提供物质微观结构知识及 不同的化学分析方法。 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。处于高能级的原子或分子在向较 低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱．要使原子或分子 处于较高能级就要供给它能量这叫激发．被激发的处于较高能级的原子、分子 向低能级跃迁放出频率为n的光子在原子光谱的研究中多采用发射光谱。 吸收光谱学是指，处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的 某些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或暗带组成的光谱。光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和 确定它的化学组成．这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．散射光谱学是指，当光照射到物质上时，会发生非弹性散射，在散射光中 除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光波长长的和 短的成分，后一现象统称为拉曼效应。这种现象于1928年由印度科学家拉曼所发现，因此这种产生新波长的光的散射被称为拉曼散射，所产生的光谱被称为 拉曼光谱或拉曼散射光谱。 2、光谱仪
GaN光致发光谱与穿透位错特性 氮化镓(GaN)是宽禁带直接带隙半导体材料,具有优良的光学和电学性质,在蓝绿到紫外波段的光电子器件和高功率微波器件等领域有着广泛的应用前景。在GaN基光电子器件中,材料中的缺陷和杂质所产生的深能级发光会降低带间辐射复合跃迁的发光效率。在众多有关GaN薄膜光致发光(PL)特性研究的报道中,不同的样品所测的光致发光谱不尽相同,特别是对GaN半导体材料深能级发光的起源,不同文献的解释存在争议。因此,进一步研究GaN的光致发光谱是必要的。本文采用四种不同光源作为激发光源,实验研究了金属有机物汽相外延方法(MOVPE)在蓝宝石衬底上生长的GaN的光致发光光谱特性。结果发现采用氙灯光源和He-Cd激光器两种连续光作为激发光源时,PL谱中均出现较宽的黄带发光,其中心波长位于550nm附近。而采用YAG激光器和He-Cd激光器两种脉冲光作激发光源时,PL谱中主要出现中心波长位于约365nm的带边发光峰,而未出现黄带发光。结果表明蓝宝石衬底上MOVPE生长GaN薄膜的PL谱中黄带发光特性与激发光源性质有关。这对于进一步研究深能级的起源有一定的参考价值。GaN的深能级发光特别是黄带发光与材料的本生位错缺陷直接相关。GaN通常在蓝宝石衬底上异质外延生长,然而蓝宝石异质外延衬底与GaN之间存在较大的晶格失配,导致GaN外延层中的位错缺陷密度高达108-1010cm-2。延伸到GaN表面的穿透位错(TDs)会形成非辐射复合中心和光散射中心,降低光电子器件发光效率。有文献报道只有纯螺型TDs和混合型TDs才是非辐射复合中心,也有报道部分纯刃型TDs对非平衡少数载流子有一定的非辐射复合作用。总之,人们对穿透位错类型与非辐射复合中心的对应关系尚无统一的认识。因此,研究GaN的穿透位错特性将有助于揭示其深能级发光机理。本论文采用原子力显微镜(AFM)同位观测方法,对MOCVD生长GaN样品标记区域进行表面形貌测试,统计得到每个位错坑的半径和深度在腐蚀前和2次腐蚀后的变化,并根据位错坑的初始位置,结构和腐蚀速率判定各位错对应的类型。结果发现,热磷酸腐蚀后位错坑的半径和深度存在一定对应关系,其中半径大的腐蚀坑的深度也较大,而半径小的腐蚀坑的深度也较小。按半径和深度大小可分为大坑和小坑两类,这两类所占的百分比分别为52.7%和47.3%。小坑在腐蚀前位于GaN自然生长面的台阶面上,为刃位错,而大坑在腐蚀前位于台阶终结处,为混合位错或螺位错。位错坑结构腐蚀前后同位跟踪分析还发现,位错坑的结构随着腐蚀时间而变化,这意味着位错坑结构与位错类型不存在一一对应关系。另外,实验数据显示两种位错坑半径的腐蚀速率几乎都是其深度腐蚀速率的10倍左右,说明GaN在热磷酸腐蚀时的横向腐蚀速率大于其纵向腐蚀速率,这解释了实验观察到的刃位错形成的小腐蚀坑在长时间腐蚀后,因超出AFM所能分辨的范围而“消失”的现象。把80分钟腐蚀后GaN样品的阴极荧光(CL)全色显微图像与扫描电镜(SEM)在同一微区获得的显微图像进行对比分析,分析发现SEM得到的80分钟腐蚀样品的腐蚀坑密度与AFM结果一致,然而CL显微图像中非辐射复合中心密度是这一腐蚀坑密度的2倍。这说明经过80分钟腐蚀后,占样品总位错密度一半的刃位错在AFM和SEM 下几乎全部“消失”,但作为穿透位错,刃位错实际仍然存在于样品中,因此在CL显微图像中仍然能观测到这部分刃位错,也说明刃位错和带有螺分量的位错均是非辐射复合中心。这为进一步深入研究单个不同类型位错区域的发光特性奠定了基础。 【相似文献】
观察凸透镜成像物理实验报告探究课题；探究平面镜成像的特点． 1．提出问题；平面镜成的是实像还是虚像？是放大的还是缩小的像？所成的像的位置是在什么地方？ 2．猜想与假设；平面镜成的是虚像．像的大小与物的大小相等．像与物分别是在平面镜的两侧． 3．制定计划与设计方案；实验原理是光的反射规律． 所需器材；蜡烛（两只），平面镜（能透光的），刻度尺，白纸，火柴， 实验步骤； 一，在桌面上平铺一张16开的白纸，在白纸的中线上用铅笔画上一条直线，把平面镜垂直立在这条直线上．二．在平面镜的一侧点燃蜡烛，从这一侧可以看到平面镜中所成的点燃蜡烛的像，用不透光的纸遮挡平面镜的背面，发现像仍然存在，说明光线并没有透过平面镜，因而证明平面镜背后所成的像并不是实际光线的会聚，是虚像．三．拿下遮光纸，在平面镜的背后放上一只未点燃的蜡烛，当所放蜡烛大小高度与点燃蜡烛的高度相等时，可以看到背后未点燃蜡烛也好像被点燃了．说明背后所成像的大小与物体的大小相等． 四．用铅笔分别记下点燃蜡烛与未点燃蜡烛的位置，移开平面镜和蜡烛，用刻度尺分别量出白纸上所作的记号，量出点燃蜡烛到平面镜的距离和未点燃蜡烛（即像）到平面镜的距离．比较两个距离的大小．发现是相等的．
五．自我评估．该实验过程是合理的，所得结论也是正确无误．做该实验时最好是在暗室进行，现象更加明显．误差方面应该是没有什么误差，关键在于实验者要认真仔细的操作，使用刻度尺时要认真测量．您正浏览的文章由整理，版权归原作者、原出处所有。 六．交流与应用．通过该实验我们已经得到的结论是，物体在平面镜中所成的像是虚像，像的大小与物体的大小相等，像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离相等．像与物体的连线被平面镜垂直且平分．例如，我们站在穿衣镜前时，我们看穿衣镜中自己的像是虚像，像到镜面的距离与人到镜面的距离是相等的，当我们人向平面镜走近时，会看到镜中的像也在向我们走近．我们还可以解释为什么看到水中的物像是倒影．平静的水面其实也是平面镜．等等．
光谱 光致发光光谱（Photoluminescence,简称PL)，指物质吸收光子（或电磁波）后重新 辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。光致发光是多种形式的荧光（Fluorescence）中的一种。 光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不损坏材料。光直 接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。 光致发光光谱可以应用于：带隙检测，杂质等级和缺陷检测，复合机制以及材料品质 鉴定。 PL光致发光光谱测量系统 PL光致发光光谱测量系统介绍 光致发光（photoluminescence）即PL，是用紫外、可见或红外辐射激发发光材料而产生的发光。PL荧光测量系统是用短波长激光（如325nm/442nm等）激发材料（如GaN/ZnO）产生荧光，通过对其荧光光谱的测量，分析该材料的光学特性。典型应用于LED发光材料、半导体材料的研究。 系统组成：光源系统+分光系统＋样品检测系统＋数据采集及处理系统＋软件系统＋计算机系统 ★常温系统可升级到低温系统 ■ ZLX-PL-Ⅰ型(II型)PL光致发光光谱测量系统 体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。如磷光与荧 产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。通常用位形坐标曲[1] 线表示。电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也
报告编号：YT-FS-7930-54 初中物理观察凸透镜成像的实验报告(完整版) After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas. 互惠互利共同繁荣 Mutual Benefit And Common Prosperity
初中物理观察凸透镜成像的实验报 告(完整版) 备注：该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告，并反映遇到的基本情况、实际取得 的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。文档可根据实际情况进行 修改和使用。 一、提出问题：平面镜成的是实像还是虚像？是放大的还是缩小的像？所成的像的位置是在什么地方？ 二、猜想与假设：平面镜成的是虚像。像的大小与物的大小相等。像与物分别是在平面镜的两侧。 三、制定计划与设计方案：实验原理是光的反射规律。 所需器材：蜡烛（两只），平面镜（能透光的），刻度尺，白纸，火柴， 实验步骤： 1.在桌面上平铺一张16开的白纸，在白纸的中线上用铅笔画上一条直线，把平面镜垂直立在这条直线上。
2.在平面镜的一侧点燃蜡烛，从这一侧可以看到平面镜中所成的点燃蜡烛的像，用不透光的纸遮挡平面镜的背面，发现像仍然存在，说明光线并没有透过平面镜，因而证明平面镜背后所成的像并不是实际光线的会聚，是虚像。 3.拿下遮光纸，在平面镜的背后放上一只未点燃的蜡烛，当所放蜡烛大小高度与点燃蜡烛的高度相等时，可以看到背后未点燃蜡烛也好像被点燃了。说明背后所成像的大小与物体的大小相等。 4.用铅笔分别记下点燃蜡烛与未点燃蜡烛的位置，移开平面镜和蜡烛，用刻度尺分别量出白纸上所作的记号，量出点燃蜡烛到平面镜的距离和未点燃蜡烛（即像）到平面镜的距离。比较两个距离的大小。发现是相等的。 四、自我评估：该实验过程是合理的，所得结论也是正确无误。做该实验时最好是在暗室进行，现象更加明显。误差方面应该是没有什么误差，关键在于实验者要认真仔细的操作，使用刻度尺时要认真测量。