Φωτεινότητα — μηχανισμός και εφαρμογή σε πηγές φωτός

Η φωταύγεια είναι η φωταύγεια μιας ουσίας που εμφανίζεται κατά τη διαδικασία μετατροπής της ενέργειας που απορροφάται από αυτήν σε οπτική ακτινοβολία. Αυτή η λάμψη δεν προκαλείται απευθείας από τη θέρμανση της ουσίας.

Ο μηχανισμός του φαινομένου σχετίζεται με το γεγονός ότι, υπό την επίδραση μιας εσωτερικής ή εξωτερικής πηγής, άτομα, μόρια ή κρύσταλλοι διεγείρονται σε μια ουσία, η οποία στη συνέχεια εκπέμπει φωτόνια.

Ανάλογα με τη διάρκεια της φωταύγειας που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από τη διάρκεια ζωής της διεγερμένης κατάστασης, γίνεται διάκριση μεταξύ της ταχείας αποσύνθεσης και της μακράς διάρκειας φωταύγειας. Το πρώτο ονομάζεται φθορισμός, το δεύτερο είναι φωσφορισμός.

Για να λάμψει μια ουσία, τα φάσματα της πρέπει να είναι διακριτά, δηλαδή τα επίπεδα ενέργειας των ατόμων να διαχωρίζονται μεταξύ τους με απαγορευμένες ενεργειακές ζώνες. Για το λόγο αυτό, στερεά και υγρά μέταλλα που έχουν συνεχές ενεργειακό φάσμα δεν φωτίζουν καθόλου.

Στα μέταλλα, η ενέργεια διέγερσης απλώς μετατρέπεται συνεχώς σε θερμότητα.Και μόνο στο εύρος βραχέων κυμάτων τα μέταλλα μπορούν να βιώσουν φθορισμό ακτίνων Χ, δηλαδή, υπό τη δράση ακτίνων Χ, εκπέμπουν δευτερεύουσες ακτίνες Χ.

Μηχανισμοί διέγερσης φωταύγειας

Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί για τη διέγερση της φωταύγειας, σύμφωνα με τους οποίους υπάρχουν διάφοροι τύποι φωταύγειας:

• Φωτοφωταύγεια — διεγείρεται από το φως στο ορατό και το υπεριώδες εύρος.

• Χημειοφωταύγεια — που προκαλείται από μια χημική αντίδραση.

• Καθοδοφωταύγεια — διεγείρεται από τις καθοδικές ακτίνες (γρήγορα ηλεκτρόνια).

• Η ηχοφωταύγεια διεγείρεται σε ένα υγρό από ένα υπερηχητικό κύμα.

• Ραδιοφωταύγεια — διεγείρεται από ιονίζουσα ακτινοβολία.

• Η τριβολοφωταύγεια διεγείρεται με τρίψιμο, σύνθλιψη ή διαχωρισμό φωσφόρων (ηλεκτρικές εκκενώσεις μεταξύ φορτισμένων θραυσμάτων) και σε αυτή την περίπτωση το φως εκκένωσης διεγείρει τη φωτοφωταύγεια.

• Η βιοφωταύγεια είναι η λάμψη των ζωντανών οργανισμών, που επιτυγχάνεται από αυτούς ανεξάρτητα ή με τη βοήθεια άλλων συμμετεχόντων στη συμβίωση.

• Ηλεκτροφωταύγεια — διεγείρεται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από έναν φώσφορο.

• Η λαμπάδα είναι μια φωτεινή λάμψη.

• Η θερμοφωταύγεια διεγείρεται με τη θέρμανση μιας ουσίας.

Η χρήση της φωταύγειας σε πηγές φωτός

Οι πηγές φωταύγειας είναι εκείνες των οποίων η λάμψη βασίζεται στο φαινόμενο της φωταύγειας. Έτσι, όλοι οι λαμπτήρες εκκένωσης αερίου είναι πηγές φθορισμού και μικτής ακτινοβολίας. Στους λαμπτήρες φωτοφωταύγειας, η λάμψη δημιουργείται από έναν φώσφορο που διεγείρεται από την εκπομπή ηλεκτρικής εκκένωσης.

Τα λευκά LED βασίζονται συνήθως σε μπλε κρύσταλλο InGaN και κίτρινο φώσφορο.Οι κίτρινοι φώσφοροι που χρησιμοποιούνται από τους περισσότερους κατασκευαστές είναι μια τροποποίηση γρανάτης υττρίου-αλουμινίου κράματος με τρισθενές δημήτριο.

Το φάσμα φωταύγειας αυτού του φωσφόρου έχει ένα χαρακτηριστικό μέγιστο μήκος κύματος στην περιοχή των 545 nm. Το τμήμα μακρών κυμάτων του φάσματος κυριαρχεί στο τμήμα βραχέων κυμάτων. Η τροποποίηση του φωσφόρου με την προσθήκη γαλλίου και γαδολινίου καθιστά δυνατή τη μετατόπιση του μέγιστου φάσματος στην ψυχρή περιοχή (γάλλιο) ή στη θερμή περιοχή (γαδολίνιο).

Κρίνοντας από το φάσμα του φωσφόρου που χρησιμοποιείται στα LED Cree, εκτός από τον γρανάτη υττρίου-αλουμινίου, ένας φώσφορος με μέγιστη εκπομπή μετατοπισμένη στην κόκκινη περιοχή προστίθεται στο λευκό φώσφορο LED.

Σε σύγκριση με λαμπτήρες φθορισμούΟ φώσφορος που χρησιμοποιείται στα LED έχει μεγάλη διάρκεια ζωής και η γήρανση του φωσφόρου καθορίζεται κυρίως από τη θερμοκρασία. Ο φώσφορος συνήθως εφαρμόζεται απευθείας στον κρύσταλλο LED, ο οποίος θερμαίνεται πολύ. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τον φώσφορο έχουν λιγότερο έντονη επίδραση στη διάρκεια ζωής τους.

Η γήρανση του φωσφόρου οδηγεί όχι μόνο σε μείωση της φωτεινότητας του LED, αλλά και σε αλλαγή της απόχρωσης του φωτός που προκύπτει. Με σημαντική αλλοίωση του φωσφόρου, η μπλε απόχρωση της φωταύγειας γίνεται καθαρά ορατή. Αυτό οφείλεται στις μεταβαλλόμενες ιδιότητες του φωσφόρου και στο γεγονός ότι το φάσμα αρχίζει να κυριαρχεί στην εσωτερική εκπομπή του τσιπ LED. Με την εισαγωγή της τεχνολογίας του απομονωμένου στρώματος φωσφόρου, η επίδραση της θερμοκρασίας στον ρυθμό αποικοδόμησής του μειώνεται.

Άλλες εφαρμογές φωταύγειας

Η Photonics χρησιμοποιεί κυρίως μετατροπείς και πηγές φωτός που βασίζονται στην ηλεκτροφωταύγεια και τη φωτοφωταύγεια: LED, λαμπτήρες, λέιζερ, φωταύγεια επιστρώσεις κ.λπ. — αυτό είναι ακριβώς το πεδίο στο οποίο η φωταύγεια χρησιμοποιείται πολύ ευρέως.

Επιπλέον, τα φάσματα φωταύγειας βοηθούν τους επιστήμονες να μελετήσουν τη σύνθεση και τη δομή των ουσιών. Οι μέθοδοι φωταύγειας καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό του μεγέθους, της συγκέντρωσης και της χωρικής κατανομής των νανοσωματιδίων, καθώς και της διάρκειας ζωής των διεγερμένων καταστάσεων των φορέων φορτίου μη ισορροπίας σε δομές ημιαγωγών.

Συνεχίζοντας αυτό το νήμα:Εκπομποί ηλεκτροφωταύγειας: συσκευή και αρχή λειτουργίας, τύποι