Spectroscopy of Solid-state Laser and Luminescent Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Nova Science Pub Inc

作者:Luo, Zundu/ Huang, Yidong/ Chen, Xueyuan

出品人:

页数:353

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:HRD

isbn号码:9781600213267

丛书系列:

图书标签:

• 光谱学
• 固态激光
• 发光材料
• 材料科学
• 光学
• 激光物理
• 固体物理
• 分析化学
• 材料表征
• 光谱分析

晶体与玻璃中光致发光现象的深入探究 固体发光材料的物理基础与前沿应用 本书系统性地阐述了固态材料，特别是晶体与玻璃基质中的光致发光（Photoluminescence）现象的物理机制、表征方法及其在现代科技中的广泛应用。我们聚焦于非金属无机材料，尤其是掺杂离子或缺陷结构所诱发的特定发光行为，旨在为研究人员、工程师以及高年级学生提供一个全面、深入的理论框架和实践指导。 第一部分：光与物质相互作用的基础理论 本部分将从量子力学的角度，详尽解析光子与固体内价电子之间的基本相互作用过程。内容涵盖经典的光吸收与发射理论，过渡到更精确的量子电动力学描述。重点讨论斯托克斯（Stokes）和反斯托克斯（Anti-Stokes）位移的本质、激发态动力学、以及弛豫过程。我们深入探讨了能级结构理论，特别是晶格场理论（Crystal Field Theory, CFT）和配位场理论（Ligand Field Theory, LFT），用以解释稀土离子和过渡金属离子在不同晶体环境下的能级分裂与光谱特征。此外，对电子-声子耦合（Electron-Phonon Coupling）的机制进行了细致的分析，解释了发光带宽、线型形状以及温度依赖性。 第二部分：固态发光中心与发光机制 本章是本书的核心。我们分类讨论了固态发光材料中主要的几种发光中心： 1. 稀土离子发光（Rare-Earth Ion Luminescence）： 重点分析了 $4f$ 电子跃迁的特征——窄线宽、长寿命荧光。详细考察了 $ ext{Eu}^{3+}$, $ ext{Tb}^{3+}$, $ ext{Er}^{3+}$, $ ext{Yb}^{3+}$ 等离子在氧化物（如 $ ext{Y}_2 ext{O}_3$, $ ext{Gd}_2 ext{O}_3$）、氟化物（如 $ ext{YF}_3$）和磷酸盐基质中的局部环境依赖性。讨论了量子效率的限制因素，如浓度猝灭（Concentration Quenching）和交叉弛豫（Cross-Relaxation）。 2. 过渡金属离子发光（Transition Metal Ion Luminescence）： 相比于稀土离子，过渡金属离子（如 $ ext{Cr}^{3+}$, $ ext{Ti}^{3+}$, $ ext{Ni}^{2+}$）的发光主要由 $d-d$ 跃迁决定，其特征是宽带发射和较短的荧光寿命。深入分析了这些发射与晶格振动模式的耦合，以及对外部应力、温度变化的敏感性。 3. 缺陷与本征发光（Defect and Intrinsic Luminescence）： 探讨了材料合成过程中产生的点缺陷（如空位、间隙、取代离子）和线缺陷对发光的影响。详细研究了半导体材料中常见的缺陷诱导的可见光发射，如 $ ext{ZnO}$ 中的氧空位诱导的绿光发射，以及氮化镓（$ ext{GaN}$）中的氮空位在深紫外至蓝光区域的表现。 4. 新型发光机制： 涵盖了近年来备受关注的发光机制，包括延迟荧光（TADF，热激活延迟荧光）、上转换发光（Upconversion Luminescence，特别是基于 $ ext{Yb}^{3+}$ 的二光子吸收过程）、以及量子点（Quantum Dots）的尺寸量子限域效应。 第三部分：光谱学表征技术 为了准确理解和量化发光特性，本书系统介绍了用于研究固态发光材料的关键光谱学工具及其数据分析方法： 1. 稳态光谱（Steady-State Spectroscopy）： 详述了激发光谱、发射光谱的采集与解析。重点讲解了如何通过分析激发光谱的形状来推断发光中心的激活机制（如载流子捕获或直接激发）。对发射峰的傅里叶变换光谱（FTIR）和拉曼光谱（Raman Spectroscopy）在理解声子耦合和晶格振动模式中的应用进行了深入探讨。 2. 时间分辨光谱（Time-Resolved Spectroscopy）： 阐述了荧光寿命的测量技术，从纳秒量级（如脉冲 $ ext{X}$ 射线或紫外激光激发）到微秒、毫秒（如磷光寿命）。详细介绍了时间分辨光致发光（TRPL）技术在分析载流子复合路径和缺陷态密度中的应用。 3. 温度依赖性研究： 讨论了如何通过低温至高温下的光谱测量，分离出不同发光通道（如浅能级与深能级）的激活能，并用非辐射复合模型（如 $ ext{Arrhenius}$ 方程）对效率滚降（Efficiency Roll-off）进行拟合。 4. 高压与磁场调制光谱： 介绍了利用高静水压力或外部磁场来探测发光中心周围的局部对称性变化和轨道态的相互作用，这对于区分相邻能级和理解零场分裂参数至关重要。 第四部分：关键材料体系与工程化挑战 本部分将理论与材料工程实践相结合，重点剖析了几种具有重大工业价值的固态发光体系： 1. 无机磷光体（Inorganic Phosphors）： 深入研究了传统荧光粉（如铝酸盐、硅酸盐基）和新型窄带发射体（如基于 $ ext{SrAl}_2 ext{O}_4: ext{Eu}^{2+}, ext{Dy}^{3+}$ 的长余辉材料）的制备工艺与发光调控。讨论了固相反应、溶胶-凝胶法、水热合成等制备方法对晶体质量和表面态的影响。 2. 透明陶瓷与玻璃基质： 探讨了在高温高功率应用中，如何利用高致密度的透明陶瓷（如 $ ext{YAG}$ 陶瓷）或玻璃（如氟化物玻璃）作为基质来提高材料的热稳定性和光损伤阈值，并分析了在陶瓷烧结过程中温度梯度对发光中心均匀性的影响。 3. 发光器件集成： 简要概述了固态发光材料在固态照明（LED/OLED）、光催化、生物成像探针中的应用，重点讨论了如何通过表面钝化、纳米化结构设计来优化材料与驱动源（如半导体芯片）的耦合效率。 全书力求在保持严谨的理论深度之余，融入大量的实验实例和最新研究进展，为读者提供一套完整的分析和设计新型固态发光材料的思维工具。本书旨在推动对固体发光机理的理解，并指导其在高效光源、传感、信息存储等领域的创新应用。

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