Lumineszcencia (fluoreszcencia, foszforeszcencia)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Lumineszcencia (fluoreszcencia, foszforeszcencia)"

Kornélia Budai
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Lumineszcencia (fluoreszcencia, foszforeszcencia)

2 Lumineszcencia Bizonyos anyagok fény (látható fény, röntgen sugárzás, vagy radioaktív sugárzás) hatására látható fényt sugároznak ki. A hőmérsékleti sugárzással szemben ez a sugárzás alacsony hőmérsékleten (pl. szobahőmérsékleten) is jelentkezik. Értelmezés (lumineszcencia): A fénysugárzás azon esetét, amikor a fénykibocsátás oka nem a sugárzó test hőmérséklete, lumineszcenciának nevezzük. Az ilyen sugárzást kibocsátó lumineszkáló anyagokat pedig foszforoknak hívjuk. Lumineszcenciát kiváltó hatások: Fény fotolumineszcencia Elektromos jelenség elektrolumineszcencia (Cserenkov-sugárzás) Radioaktív sugárzás radiolumineszcencia Biológiai hatások biolumineszcencia (szentjánosbogár, bizonyos baktériumok) Lumineszcencia lényege: Az anyagok a sugárzást elnyelik, és utána többnyire más hullámhosszon kisugározzák. Értelmezés (lumineszcencia időtartama): Azt az időtartamot, ameddig a test a gerjesztő hatás megszűnése után sugároz, a lumineszcencia időtartamának nevezzük. Milyen anyagok lumineszkálnak, és milyen anyagok nem? A tiszta, kevés hibát mutató kristályok NEM lumineszkálnak. A kristályban valamilyen hibának kell lennie a lumineszkáláshoz. (pl. szennyezésekkel elősegíthető a jelenség) Azokat a szennyezőket, amelyekkel a jelenség bekövetkezése elősegíthető, aktivátoroknak nevezik. FOSZFOROK = Alapanyag (ZnS, CaS, CdS, KCl, NaCl) + Aktivátor (Ag, Cu, Bi, Mn, Tl)

Értelmezés (lumineszcencia): A fénysugárzás azon esetét, amikor a fénykibocsátás oka nem a sugárzó test hőmérséklete, lumineszcenciának nevezzük.

3 Fluoreszcencia Értelmezés (fluoreszcencia): A lumineszcencia azon esetét, amikor a gerjesztő hatás megszűnte után a lumineszkálás csak nagyon rövid ideig jellemzően 10 6 s-nál rövidebb ideig marad csak meg, fluoreszcenciának nevezzük. Röviden: ekkor a lumineszkálás a gerjesztő hatás megszűnése után gyakorlatilag abbamarad. A fluoreszcencia magyarázata: A beérkező foton az aktivátor atom egy elektronját az aktivátor szintről a vezetési sávba juttatja. Ez az elektron a kristályban szabadon elmozdulhat. Ha mozgása közben olyan aktivátor atommal találkozik, amelyikben betöltetlen elektronhely van, azzal rekombinálódik, azaz más szóval visszaesik az aktivátor szintre. A gerjesztett állapot élettartama szabja meg, hogy meddig sugároz ki fényt. hf 0 foton W Vezetési sáv Aktivátor szint Valenciasáv

A fluoreszcencia magyarázata: A beérkező foton az aktivátor atom egy elektronját az aktivátor szintről a vezetési sávba juttatja. Ez az elektron a kristályban szabadon elmozdulhat.

4 Foszforeszcencia Értelmezés (foszforeszcencia): A lumineszcencia azon esetét, amikor a gerjesztő hatás megszűnte után a lumineszkálás sugárzása relatíve hosszabb ideig hosszabb, mint s időtartamig megmarad, foszforeszcenciának nevezzük. Röviden: ekkor a lumineszkálás a gerjesztő hatás megszűnése után gyakorlatilag néhány percig fennmarad. A foszforeszcencia magyarázata: Rekombinációt gátló tényező kell jelen legyen! Pl. a kristályban lévő szennyezések vagy rácshibák csapdákat hozhatnak létre az anyagban. A csapdák befoghatják a kristályban bolyongó elektronokat. Ezáltal megakadályozzák, hogy az aktivátor atommal találkozzanak. A csapdák az elektronok számára kedvező, közvetlen a vezetési sáv alatt lévő energiaállapotokat jelentenek. A csapdában addig lehet az elektron, amíg a rácsrezgésektől (fononoktól) kapott energia újra a vezetési sávba nem viszi. Majd itt újra csapdába eshet... Tehát többször csapdázódhat be az elektron. Végül az aktivátor atommal találkozva rekombinálódik és a lumineszcens fény kibocsátása bekövetkezik.

A foszforeszcencia magyarázata: Rekombinációt gátló tényező kell jelen legyen! Pl. a kristályban lévő szennyezések vagy rácshibák csapdákat hozhatnak létre az anyagban.

5 Foszforeszcencia Tétel (Stokes-tétele): Fluoreszcencia fény frekvenciája nem lehet nagyobb, hullámhossza nem lehet kisebb a gerjesztő fény frekvenciájánál, illetve hullámhosszánál. Bizonyítás: A beérkező foton energiájára felírható: hf 0 W A rekombinációnál keletkező foton energiája: hf = W Mindezekből az következik, hogy: hf 0 hf Azaz: f 0 f Vagy másképpen felírva felhasználva, hogy f = c λ. h c λ 0 h c λ Amiből következik, hogy: Vagyis 1 λ 0 1 λ λ 0 λ

Bizonyítás: A beérkező foton energiájára felírható: hf 0 W A rekombinációnál keletkező foton energiája: hf = W

6 Felhasználása: Foszforeszcencia Hullámhossz transzformálás: bevonatokkal pl. Hg-gőz lámpa, vagy fénycső falának belső bevonata CRT TV képernyő Oszcilloszkóp képernyő Órák számlapjai Stb.,...

7 Abszorpció, Emisszió, Indukált emisszió, Lézerek

8 Abszorpció, spontán emisszió Elnyelés, vagy abszorpció: Spontán kibocsátás, vagy spontán emisszió:

9 Bekövetkezhet az a jelenség, hogy a magasabb energiához tartozó W 2 energiaállapotban több elektron van, mint az alacsonyabb energiájú W 1 állapotban. Azaz: Az atomban a magasabb energiaszinten lévő elektron populáció népesebb, mint az alacsonyabb energiaszinthez tartozó elektron populáció. Ez az állapot az energiaminimum elvére való törekvés elleni állapot. Innen a név: populáció inverzió. Populáció inverzió

Azaz: Az atomban a magasabb energiaszinten lévő elektron populáció népesebb, mint az alacsonyabb

10 Indukált vagy stimulált emisszió 1 fotonra: hf ki = W 2 W 1 Egy külső, stimuláló foton, a magasabb energiaállapotban lévő elektronokat kilöki a helyükről, előidézve az emissziót. Ezért hívják indukált emissziónak. Nagyon fontos az, hogy az indukált emisszió által kibocsátott fotonok egymással azonos hullámhosszúságúak és koherensek (tehát fázisviszonyaik is azonosak)!!!

11 A mézer, a lézer Értelmezés (MASER - mézer): Azokat a berendezéseket, amelyek mikrohullámú erősítést végeznek a hullám indukált emissziója által, és ezen folyamat hatására mikrohullámot sugároznak ki, mézernek, vagy az angol mozaikszóból eredően maser-nek nevezzük. MASER = Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation = Mikrohullámú Erősítés a Sugárzás Stimulált Emissziója révén. Értelmezés (LASER - lézer): Azokat a berendezéseket, amelyek a fény erősítését a hullám indukált emissziója révén valósítják meg, és a folyamat eredményeképpen fényhullámokat sugároznak ki, lézernek, vagy az angol mozaikszóból eredően laser-nek nevezzük. LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = Fény Erősítés a Sugárzás Stimulált vagy Indukált Emissziója által. Az első mézer: 1950-ben épült. Az első lézer megépítésének éve: Theodore Maiman építette meg az első lézert, ami rubinlézer volt. A lézerműködés elvét Albert Einstein fedezte fel (indukált emisszió). A lézereket (is) Einsteinnek köszönhetjük.

Értelmezés (LASER - lézer): Azokat a berendezéseket, amelyek a fény erősítését a hullám indukált emissziója révén valósítják meg, és a folyamat eredményeképpen fényhullámokat sugároznak ki, lézernek,

12 A lézerműködés energia sémája E Nem létezik két energiaszintes lézer!

13 A fénylavina kialakulása Alapállapotú ionok vagy atomok a közegben A pumpáló fény (nyilak) az atomok vagy ionok nagy részét gerjesztett állapotba juttatja (üres körök). A gerjesztett ionok vagy atomok spontán módon (azaz maguktól) fotonokat bocsátanak ki a tengellyel párhuzamosan. (szaggatott vonalú nyilak) A fotonok megsokszorozódnak az indukált emisszió hatására és rovására továbbá az elő- és véglapi tükrökről visszaverődve a folyamat lavinaszerűen felerősödik. Ha a nyaláb elegendően erős, akkor a lézercső előoldalán, a 99%-os tükrön keresztüljutva kisugárzódnak a közegbe. lézerfény

(szaggatott vonalú nyilak) A fotonok megsokszorozódnak az indukált emisszió hatására és rovására továbbá az elő- és véglapi tükrökről visszaverődve

14 Példák lézerre Hélium-Neon lézer: Félvezető lézer:

15 Példák, alkalmazások Rubinlézer: Holográfia: GÁBOR DÉNES találmánya tükör A tárgyról visszavert és az M 2 tükörről visszavert lézernyalábok interferálnak a film felületén és igen bonyolult interferenciaképet hoznak létre. A hologram maga az interferenciakép. tükör lencse lencse tárgy nyalábosztó film

interferálnak a film felületén és igen bonyolult interferenciaképet hoznak

Hasonló dokumentumok

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás A fény Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. 2010. október 19. Huber Tamás PTE ÁOK Biofizikai Intézet E A fény elektromos térerısségvektor hullámhossz A fény kettıs természete: Hullám (terjedéskor)