Техника - молодёжи 1975-06, страница 5
тете поглощения одного кванта света, а ступенями. Поглотив небольшой квант света, он оказывается сначала на некоем первичном энергетическом уровне. И тут к нему поспевает второй квант, который завершает начатое — переводит атом на более высокий уровень. Такой двухступенчатый механизм поглощения вполне возможен, если время жизни атома в промежуточном, возбужденном состоянии достаточно велико. Тогда возбужденный атом успеет поглотить второй квант раньше, чем высветит порцию своей избыточной энергии. Оказавшись в конечном итоге на высоком уровне возбуждения, атом освобождается от всей избыточной энергии разом, испуская ее одним квантом (рис. 2 — справа). И этот квант люминесценции оказывается крупнее любого из двух поглощенных квантов. Многоступенчатое возбуждение атомов рождает антистоксовое излучение, которое не связано с «разогретыми» атомами. Но и оно подвержено игре случая, ибо требуется, чтобы в одну и ту же частицу друг за другом следом попали два подходящих кванта. Хорошо бы суммировать кванты света, минуя законы теории вероятностей. Не существует ли в природе какой-либо другой (уже третий по счету) механизм образования антистоксовой люминесценции? — Да, существует! — теоретически предсказали сотрудники Государственного оптического института имени С. И. Вавилова, что в Ленинграде, член-корреспондент АН СССР Петр Петрович Феофилов и кандидат физико-математических наук Владимир Владимирович Овсянкин. Проведенные ими квантомеханические расчеты показали, что если два возбужденных атома окажутся рядом, то в результате взаимодействия один из них может полностью потерять свое возбуждение, зато другой удвоит его. Последний, переходя в основное, невозбужденное состояние, высветит квант света вдвое крупнее поглощенных. Процесс этот был назван авторами кооперативной люминесценцией. Обеспечивает его лишь высокая концентрация люминесцирующего вещества, когда атомы оказываются в близком соседстве друг с другом. Но как отделить кооперативную люминесценцию от внешне ничем не отличающейся антистоксовой люминесценции при многоквантовом поглощении в одном атоме? Заслуга П. Феофилова и В. Овсян-кина в том, что они не только предложили и обосновали механизм кооперативной люминесценции, но и указали критерии, позволяющие безошибочно обнаруживать ее на опыте. Для этого они использовали некоторые характеристики люминесценции, например, ско- ожидаемыи по закону Стокса спектр люминесценции антистоксовая люминесценция излучаемый свет люминесцирующее вещество поглощаемый свет 1. спектр люминесценции I I 4000 ангстрем 5000 6000 Длина волны света 7000 ангстрем рость затухания свечения после выключения возбуждающей подсветки, зависимость интенсивности свечения от концентрации люминесцирующих центров в веществе и так далее. Применив разработанный ими метод, П. Феофилов и В. Овсянкин показали, что зеленое свечение ионов редкоземельного элемента эрбия в некоторых кристаллах, возбуждаемое инфракрасным светом, вызвано кооперативной люминесценцией (рис. 3 — слева). Обычная люминесценция такого люминофора затухает примерно за десятитысячную долю секунды после выключения возбуждающего света. Антистоксовое зеленое свечение при инфракрасном возбуждении затягивается до сотых долей секунды. Если бы причиной антистоксовой люминесценции было многоквантовое поглощение в одном ионе эрбия, она была бы так же недолговечна, как и обычная. Ведь после поглощения второго инфракрасного кванта, как и после поглощения одного ультрафиолетового кванта, ничто не мешает возбуж- 2. Механизмы образования антистоксовой люминесценции Энергетические уровни центра люминесценции г* ска а К х s Sf г О За счет теплового возбуждения За счет многоквантового поглощения в одном центре люминесценции х о стоксовая люминесценция антис токсовая люминесценция з. За счет кооперативных процессов суммирования энергии различных центров люминесценции энергетические уровни возбуждения / I / I 7 pJ -г / / / / I -Г- 3 1Л I о ml : ~Ll ион эрбия IU а н II X С 0) X С Я X 9 X 1 X X 1 >3 " l m I X з. a) Z •с So ! s В х ' и £ 9 I It о : " •> ~ > х о 2 5 5= I I. 4'» ? / • ^ Ж " \ о \ 52 ^ / м ю о Ч ш х- . ох; ; t* а. а ; S о к ; '5 01 >. I 4 11 ион эрбия ион ион*^ иттербия туллия |
