光致发光实验

电子科技大学光电信息学院本科教学实验指导书（实验）课程名称：发光原理基础电子科技大学教务处制表实验一、材料的光致发光研究一、 实验目的：1、 了解发光材料的激发和发射过程2、 掌握用荧光分光光度计测量发光材料激发光谱和发射光谱的测量方法 二、 实验原理：发光材料在人们的日常生活和生产实践中得到了越来越广泛的应用，适当的材料吸收高能辐射后，接着就发出光，其发射出的光子能量比激发辐射的能量低。

具有这种发光行为的物质就称为发光物质。

发光物质在将某种形式的能量转化为电磁辐射时，仅伴随极少量的热辐射，因此与热辐射发光具有本质的区别。

发光材料由基质和激活剂（发光中心）组成，例如典型的发光物质Al 2O 3：Cr 3+和Y 2O 3：Eu 3+，它们的基质分别为Al 2O 3和Y 2O 3，激活剂分别为Cr 3+和Eu 3+。

发光物质可以被多种形式的能量激发，紫外或可见光激发荧光粉发光的光致发光，激发光的波长可以改变，很容易的知道辐射能在激发什么和激发哪里。

正因为如此，研究材料的激发光谱、发射光谱成为发光材料研究的重要手段。

发光物质的发光过程中的光吸收、辐射跃钱、无辐射跃迁、能量传输等主要过程可以用位形坐标模型来进行解释。

图1为孤立发光中心的位形坐标模型，下部那条抛物线g 表示系统处于最低能态即基态时的能量与位形的关系。

抛物线的最低点表示离子处于平衡位置时的能量。

若将金属离子与配位体当作一个谐振子，其振动总能量为ν )21v (Ev +=，其中，v 是谐振量子数，v=0，1，2，…正整数；ν是谐振子的振动频率。

在绝对零度时，在最低振动能级0v 时系统最有可能处在R 0点。

发光中心占据基态最低振动能级，中心离子周围的配位体在距中心大约为R 0的位置上作平衡振动。

在较高温度下，也可占据较高的振动能级。

上述关于基态的论述同样适用于激发态，只是具有不同的平衡位置和键力常数。

在图1中上部那条抛物线e 就表示系统处于激发态时的情况，它的抛物线位移了ΔR 。

光致发光光谱光致发光，也称为分子磁振光谱，是一种利用激发态分子的吸收光谱以及由此产生的发射光谱的实验技术，可以用来研究物质的分子结构和构成。

通常， solar-induced fluorescence spectroscopy（SIFS）被用于测量由自然光（如太阳光）激发的物质的发射光谱，而物质发射的能量融入了物质的分子结构和构成。

因此，对于利用光致发光来研究分子结构和构成的科研人员而言，有效的利用太阳光激发的发射光谱是我们需要解决的关键任务之一。

在这方面，光致发光光谱可以被用来研究吸收光谱和发射光谱之间的关系，从而更好地了解物质的结构和构成。

而且，光致发光的实验可以在不同的温度和压强条件下进行，这使得实验可以更好地反映出物质的真实性质。

但是，由于分子杀灭现象，光致发光不能用于探测细微的能量差异，该差异表明物质的结构与构成是否有一定的差异。

因此，在利用光致发光光谱研究分子结构和构成时，应特别采用一些特殊的实验技术，以确保能量变化的准确测量。

另外，光致发光光谱还可以通过记录发射光谱的变化来研究物质的性质。

通过记录发射光谱的变化，可以了解物质体系中由于不同原因而受到的影响。

例如，使用光致发光光谱，可以用来研究受热，冷却，交联和其他物理和化学变化对物质结构和构成的影响。

这样可以帮助我们更好地认识物质的性质，进一步推动物质结构和构成的研究，以及更好地应用物质的性质。

此外，光致发光光谱也可以用于实验研究物质的物理和化学属性。

例如，在大气建模和污染物检测等方面，光致发光光谱可以用来确定物质的物理和化学特性。

这样可以有助于更好地预测大气污染物的浓度变化，从而更好地应用物质的特性。

总之，光致发光光谱是一种非常有用的实验技术，可以用来研究物质的结构和构成、发射光谱的变化以及物质的物理和化学特性。

它可以帮助我们更好地理解物质的性质，推进物质结构和构成的研究，以及开展更好的实验研究。

光致发光谱的测试步骤
光致发光谱是一种测试材料在受到光激发后所发射的光的能量分布的方法。

以下是光致发光谱的一般测试步骤：
1. 准备样品：选择需要测试的材料，并将其制备成适合测试的样品形式，如固体、液体或薄膜。

2. 设置仪器：根据测试要求，选择适当的光激发源和光收集系统。

确保光源和检测器都被校准并按照正确的设置工作。

3. 调整光激发条件：根据材料特性和预期的测试结果，调整光激发源的功率、波长和激发时间。

这可以通过改变光源的滤光片、换光源或调整激发时间等方式来实现。

4. 开始测试：将样品放置在适当位置，并打开光激发源以激发材料。

使用适当的光收集系统收集样品发射的光信号。

5. 记录发光谱：将收集到的光信号通过光谱仪或光检测系统进行记录和分析，得到样品在各个波长下的发光强度。

6. 数据分析：根据所得到的发光谱数据，分析材料的发光特性，包括峰值位置、峰值强度、发光衰减等。

可以利用此数据来确定材料的性质，如材料的能带结构、缺陷能级等。

7. 结果解释：根据数据分析的结果，解释样品的发光特性并与已有的理论或文献进行对比和验证。

需要注意的是，以上步骤只是一般的光致发光谱测试步骤，具体的实验步骤和方法会根据不同的实验目的和样品特性有所不同。

因此，在具体实施光致发光谱测试时，需要根据实际情况进行调整和优化。

光致发光光谱（photoluminescence spectrum, PL谱）是一种常用的表征半导体材料光学性质的手段。

通过激发光源照射样品，测量样品发射的光谱特性，可以得到样品的发光峰值、半导体材料的载流子寿命和激子解离效率等重要信息。

本文将通过光致发光光谱计算激子解离效率的相关理论及计算方法进行探讨。

1. 光致发光光谱的基本原理光致发光光谱是指当外界光照射到样品后，通过测量样品发射光的能谱和强度变化，研究样品内部载流子的复合和发光过程。

在激子体系中，激子解离是一个重要的过程，激子的解离效率对半导体材料的发光性能有着重要影响。

通过光致发光光谱可以间接的推断出激子解离效率，为进一步研究半导体材料的光学性质提供了重要手段。

2. 激子解离效率的计算方法激子解离效率可以通过光致发光光谱中的激子发光峰和自由载流子发光峰的位置和强度变化来计算。

在样品中，由于激发光源的作用，激子和自由载流子会产生发光，通过测量样品的光谱可以得到激子和自由载流子的发光峰值。

激子解离效率可以通过以下公式计算：激子解离效率 = (激子发光峰值 - 自由载流子发光峰值) / 激子发光峰值其中，激子发光峰值和自由载流子发光峰值分别为在样品发光光谱中激子和自由载流子的发光峰值。

通过测量样品的光致发光光谱，并进行激子解离效率的计算，可以直观的了解激子解离过程对样品发光性质的影响。

3. 激子解离效率的影响因素激子解离效率受到多种因素的影响，主要包括材料的结构和纯度、激子的束缚能和载流子的密度等。

在材料的结构和纯度方面，晶格缺陷和杂质的存在会损害激子的稳定性，导致激子解离效率的降低。

而激子的束缚能和载流子的密度则会影响激子的形成和解离过程，进而影响激子解离效率的大小。

在研究激子解离效率时，需要综合考虑以上因素的影响，以更准确的评估半导体材料的光学性能。

4. 光致发光光谱计算激子解离效率的应用光致发光光谱计算激子解离效率是一种非常有效的手段，可以为半导体材料的光学性能研究提供重要的参考。

有机发光二极管显示器用材料光致发光光谱测试荧光光谱法1.范围本文件规定了采用荧光光谱法（FS）测定有机发光二极管（OLED）显示器用有机材料的光致发光光谱的测试方法。

本文件适用于测定有机发光二极管（OLED）显示器用有机材料的光致发光光谱的测试。

2.规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 20871.2-2007 有机发光二极管显示器第2部分：术语与文字符号GB/T 19267.3-2008 刑事技术微量物证的理化检验第3部分：分子荧光光谱法JJG 537-2006 荧光分光光度计检定规程3.术语和定义GB/T 20871.2-2007和GB/T 19267.3-2008界定的以及下列术语、定义适用于本文件。

3.1.最强激发波长 max excitation wavelength激发样品使其产生最强荧光的入射光波长，用λex,max 表示。

3.2.室温发射波长 room temperature emission wavelength室温（298K）条件下物质所发射的荧光强度最大的波长，用λem,max表示。

3.3.低温发射波长 low temperature emission wavelength低温（77 K）条件下物质所发射的荧光强度最大的波长，用λem,max表示3.4.荧光光谱法 fluorescence spectrometry根据获得的荧光激发光谱、发射光谱等参数对物质进行定性、定量和结构分析的方法。

3.5.第一电子激发单重态 first singlet excited state；S1电子在跃迁过程中不发生自旋方向的变化，这时分子中具有两个自旋配对的电子，分子处于激发的单重态，用 S1表示，见图1。

3.6.第一电子激发三重态first triplet excited state；T1电子在跃迁过程中伴随着自旋方向的变化，这时分子中具有两个自旋不配对的电子，分子处于激发的三重态，用 T1表示，见图1。

光致发光谱的测试步骤光致发光谱（photoluminescence spectrum）是一种通过激发样品使其发光，然后测量发出的光的特性来研究材料性质的测试方法。

以下是光致发光谱测试的一般步骤：1.准备工作在进行光致发光谱测试之前，需要准备好测试所需的器材和试验材料。

同时，还需进行实验室的安全检查，确保实验室环境的安全性。

2.准备样品将待测试的样品准备好，通常可以是固体、液体或气体。

固体样品需要制备成适合测试的样品片，确保其表面光滑且杂质少；对于液体样品，需要放置在试管或石英池中；气体样品需要通过一定的装置将其引入到测试系统中。

3.激发光源的选择根据样品的性质和要研究的特定光学过程，选择适当的激发光源。

通常使用可以提供足够激发能量的激光器或光电灯作为激发光源。

4.设置实验装置将激发光源和探测系统等设备正确装置在实验台上。

激发光源通过光学透镜或反射镜对样品进行照射，然后通过光栅或单色器选择出特定波长的发射光。

5.调节能量和波长确保激发光源的能量和波长符合实验要求。

激光器或光电灯的能量应调整到适当的水平，以确保样品受到足够的激发能量，但又不会造成样品过度激发导致样品损伤。

6.收集发射光使用光学透镜或反射镜收集样品发出的光，并将其引导至光学探测器（如光电multiplier tube，charge-coupled device detector 等）进行检测和测量。

7.记录数据将光学探测器检测到的光的强度数据记录下来。

通常，可以通过计算机软件进行实时数据采集和分析，以获得更精确的结果。

8.分析光致发光谱根据实验数据，对光致发光谱进行分析。

可以通过调整激发光源的能量和波长来观察样品发出的光的特性，如峰值波长、峰值强度、发射谱的形状等。

同时，还可以通过与已知材料的发射谱进行对比来确定样品的组成或性质。

9.数据处理和结果分析对实验得到的数据进行处理和分析。

使用适当的数据处理方法和数学模型，可以从光致发光谱中提取出更多信息，如能带结构、载流子浓度、载流子寿命等。

pl光致发光光谱测试条件一、测试目的光致发光（PL）光谱测试是一种用于研究材料发光特性的重要手段。

通过PL光谱测试，可以了解材料的发光性质、能级结构以及材料内部的缺陷和杂质等信息。

本测试条件旨在规范PL光谱测试的实验操作流程，确保测试结果的准确性和可靠性。

二、测试原理光致发光（PL）光谱是材料在吸收光子后，将能量转化为荧光发射的现象。

PL 光谱反映了材料内部能级结构、缺陷和杂质等信息。

通过对PL光谱的分析，可以了解材料的发光性质、能级结构以及材料内部的缺陷和杂质等信息。

三、测试条件1. 样品准备（1）样品应具有代表性，能够反映材料的整体性能。

（2）样品应清洁、干燥，无杂质和污染物。

（3）样品尺寸应适中，以便于测试和观察。

2. 测试环境（1）实验室温度应保持在20±5℃。

（2）实验室湿度应保持在50±5%。

（3）实验室应保持清洁、无尘，避免影响测试结果。

3. 光源选择（1）选择合适的激光光源，确保其波长、功率和稳定性满足测试要求。

（2）激光光源的波长范围应覆盖样品发光的主要波段。

4. 样品处理（1）对于固体样品，应将其研磨成粉末或薄片，以便于测试。

（2）对于液体样品，应将其稀释至适当浓度，以便于测试。

5. 测试参数设置（1）设置合适的激发波长和发射波长范围，以便于捕捉样品的PL光谱。

（2）设置合适的扫描速度和步长，以便于获得准确的PL光谱。

6. 数据处理与分析（1）对获得的PL光谱进行去噪、平滑等处理，以提高数据质量。

（2）对PL光谱进行拟合和分析，提取发光峰位、强度等信息。

四、注意事项1. 在进行PL光谱测试前，应对样品进行充分的了解和研究，以便选择合适的测试条件和方法。

2. 在测试过程中，应注意保护眼睛和皮肤，避免长时间暴露在激光光源下。

3. 在数据处理和分析过程中，应注意数据的准确性和可靠性，避免误导实验结果。

光致发光实验报告光谱光致发光光谱（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。

珠宝玉石鉴定光致发光法1 范围本标准规定了珠宝玉石鉴定中光致发光法的相关术语和定义、方法原理、实验方法、影响因素、结果表示等。

本标准适用于珠宝玉石的光致发光法鉴定。

2 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

2.1光致发光photoluminescence以紫外光或可见光等电磁波激发珠宝玉石内电子，使其从激发态向基态或其他较低能态进行电子跃迁而使离子、分子或晶体发出非热辐射的光发射。

2.2荧光 fluorescence珠宝玉石在激发光源照射下，发出可见光的现象，发光持续时间小于10-4s～10-6s甚至更短。

2.3磷光 phosphorescence激发光源撤除后，珠宝玉石在短时间内继续发光的现象，发光持续时间大于10-2s～10s甚至更长。

2.4荧光淬灭fluorescence quenching导致特定物质的荧光强度和寿命减少的现象。

2.5激发光谱excitation spectrum反映物质对于外来激发光的响应，反映物质辐射能量强度随激发波长的变化关系。

2.6光谱分辨率spectral resolution仪器分辨相邻发光峰的能力，由两个发光峰能分开的最小波长间隔表示。

2.7波长准确性wavelength accuracy不考虑随机误差的情况下，仪器显示波长与标称波长相一致的能力。

一般用多次测定波长的算术平均值与标称值的差值表示。

2.8标准具效应etaloning effect由探测器上下表面、探测器窗口玻璃或探测器镀膜对入射光二次反射后形成干涉，在探测器上形成明暗相间的干涉条纹，在光谱图像上表现为波浪状的干扰信号。

2.9强度定标intensity calibration根据光谱仪定标方程和定标系数，将其记录的探测器电子计数值转换成对应能量强度分布的过程。

2.10归一化强度normalized Intensity为方便谱图间的比较，对强度进行归一化处理后用以表示谱图强度的标量，单位为 (arbitraryunit 缩写A.U.)。

第三代半导体的光致发光光谱测量在当今科技迅猛发展的世界中，半导体技术一直处于飞速的进步和突破之中。

尤其是第三代半导体，作为半导体领域的新生力量，其在光电子学、光通信、能源领域等方面展现出了巨大的应用前景。

其中，光致发光光谱测量作为第三代半导体研究和应用中的重要手段之一，对于研究半导体材料的发光特性、电子结构等方面起着重要作用。

本文将就第三代半导体的光致发光光谱测量进行探究和分析，以期为读者提供全面、深入的了解和认识。

一、光致发光光谱测量的基本原理1. 光致发光光谱测量是通过外加光激发样品，使其处于激子态或电子激发态，然后测量样品在激发态返回基态时所发射出的光子能量和强度，从而获得样品的光致发光光谱信息。

2. 光致发光光谱测量主要包括时间分辨光致发光谱和能量分辨光致发光谱两种类型，通过这两种测量手段可以获得不同的半导体材料的发光特性和结构信息。

3. 光致发光光谱测量常用的激光器包括脉冲激光器和连续激光器，这些激光器的选择和调节对于光致发光光谱测量的准确性和可靠性具有重要影响。

二、第三代半导体在光致发光光谱测量中的应用1. 第三代半导体材料如氮化镓、碳化硅等具有直接能隙结构，因此在光致发光光谱测量中表现出良好的发光性能和宽广的光谱范围。

2. 通过光致发光光谱测量可以研究第三代半导体材料的能带结构、电子态密度、载流子寿命等重要参数，为其在光电子学和光学器件中的应用提供重要参考。

3. 第三代半导体材料的光致发光光谱测量也为其在发光器件、光伏器件、激光器件等方面的研究和开发提供了有力的手段和支撑。

三、个人观点与总结光致发光光谱测量作为研究半导体材料发光特性和电子结构的重要手段，在第三代半导体领域具有重要的应用和意义。

通过光致发光光谱测量可以深入了解半导体材料的发光机制、载流子动力学、材料缺陷等重要信息，为新型半导体材料的研究、开发和应用提供了重要的支撑。

随着第三代半导体领域的不断进步和发展，光致发光光谱测量将在更多的领域发挥出重要作用，为半导体技术的发展做出更大的贡献。

第三代半导体的光致发光光谱测量光致发光光谱测量（Photoluminescence Spectroscopy，简称PL），是一种常用的实验手段，用于研究材料的光电性能。

随着纳米技术和半导体材料的发展，第三代半导体材料作为一种新兴材料备受关注。

本文将介绍第三代半导体材料的光致发光光谱测量方法及应用。

一、第三代半导体材料的概述第三代半导体材料是指那些相较于传统半导体具有更好性能的新型材料。

常见的第三代半导体材料包括有机半导体材料、有机无机杂化材料以及低维半导体材料等。

这些材料具有较高的载流子迁移率、较高的光电转换效率和更宽的光学吸收范围等特点，被广泛应用于光电器件、光催化等领域。

二、PL测量方法的原理光致发光光谱测量是通过照射样品后，通过测量材料在可见光范围内的发光强度和能量分布来研究材料的光学性质。

具体操作中，首先需要将样品暴露于激光或LED光源的照射下，激发样品中的载流子，随后通过荧光探测器收集样品的发光信号。

最后，利用光谱仪分析并记录样品的发光强度和发光能量分布。

通过对光谱特征的研究，可以详细了解材料的光致发光机制和能带结构。

三、PL测量的实验步骤PL测量的实验步骤通常包括样品的制备、光源和荧光探测器的选择、实验条件的调节以及数据的采集和分析等几个方面。

1. 样品的制备样品的制备是PL测量的基础。

通常要求样品具有一定的光学质量和纯度，以保证测量结果的准确性。

制备过程主要包括样品的切割、抛光和清洗等步骤，确保样品表面光洁度和无杂质。

2. 光源和荧光探测器的选择在PL测量中，合适的光源和荧光探测器的选择对于实验结果的准确性至关重要。

光源可以选择激光或LED，其波长和功率应根据样品的特性和实验需求进行调节。

荧光探测器应具有高增益、低噪声和高灵敏度等特点，以保证测量信号的清晰和稳定。

3. 实验条件的调节PL测量时，实验条件的调节对测量结果也有一定的影响。

常用的实验参数包括激发光功率、激发光波长、测量温度和样品的加工状态等。

光致发光光谱原理
光致发光光谱（Photoluminescence spectroscopy）是一种通过
激发材料后测量其发射光谱的技术。

其原理基于光致发光效应，当材料受到入射光的激发后，电子从基态跃迁到激发态，再由激发态退回到基态时会发射出光子。

光致发光光谱实验通常通过以下步骤进行：
1. 光源激发：使用一定波长的光源照射材料样品，激发材料内的电子从基态跃迁到激发态。

常用的激发源包括连续激光、激光脉冲和X射线等。

2. 光子发射：激发后的电子会在激发态停留一段时间，随后通过自发辐射的方式返回基态。

在这个过程中，电子会释放出与能带结构相关的能量，发射出特定频率的光子。

3. 光谱测量：将发射出的光子收集起来，经过光学器件（如光栅、狭缝等）进行分光，然后使用光电探测器测量不同频率的发射光强度。

4. 数据分析：通过测量到的发射光强度与波长或频率的关系，可以得到光致发光光谱。

光谱中的峰对应于材料中不同能级之间的跃迁，可以提供用于分析材料结构、能带各种物理属性的信息。

光致发光光谱可以应用于材料科学、能源研究、表面物理化学等领域，通过测量材料的激发态与基态之间的跃迁过程，可以
揭示材料的光学、电子能级结构等重要信息，有助于理解材料的物理特性和应用潜力。