مواد لومینسانس و فوتونیک
مواد لومینسانس انرژی جذبشده را از طریق مراکز فعالکننده در یک شبکه میزبان به نور ساطعشده تبدیل میکنند، در حالی که مواد فوتونیک از ساختار تناوبی برای کنترل نحوه انتشار نور استفاده میکنند؛ هر دو بر پایه شیمی برهمکنش نور-ماده در جامدات استوارند.
Definition
مواد لومینسانس جامداتی هستند که هنگام تحریک توسط فوتونها، الکترونها یا سایر اشکال انرژی، از طریق مراکز نوری موضعی در یک شبکه میزبان، نور ساطع میکنند؛ مواد فوتونیک جامداتی هستند که تغییرات تناوبی در ضریب شکست آنها، انتشار نور را کنترل میکند، از جمله با تشکیل شکافهای باند فوتونیک.
Scope
این موضوع شامل جامداتی است که برای انتشار یا هدایت نور طراحی شدهاند: فسفرهایی که در آنها یونهای فعالکننده، اغلب دوپانتهای خاکی کمیاب یا فلزات واسطه، در داخل یک بلور میزبان لومینسانس میکنند؛ شیمی میزبان-فعالکننده، انتقال انرژی، و تصویر مختصات پیکربندی که رنگ و کارایی انتشار را کنترل میکنند؛ و مواد فوتونیک که ساختار دیالکتریک تناوبی آنها شکافهای باند فوتونیک ایجاد میکند که جریان نور را شکل میدهد. این موضوع مراکز نوری و ساختار را به روشنایی، نمایشگرها و اجزای نوری مرتبط میکند.
Core questions
- چگونه مراکز فعالکننده در یک شبکه میزبان لومینسانس تولید میکنند؟
- چه عواملی رنگ و کارایی انتشار یک فسفر را کنترل میکنند؟
- چگونه انتقال انرژی بین مراکز بر لومینسانس تأثیر میگذارد؟
- چگونه ساختارهای فوتونیک انتشار نور را کنترل میکنند؟
Key concepts
- شبکه میزبان و فعالکننده
- مراکز خاکی کمیاب و فلزات واسطه
- مدل مختصات پیکربندی
- انتقال انرژی و خاموشسازی
- شکاف باند فوتونیک
- محدودسازی و هدایت نور
Key theories
- لومینسانس میزبان-فعالکننده
- انتشار در فسفرها از گذارهای نوری یونهای فعالکننده جاسازی شده در یک میزبان ناشی میشود؛ میزبان و هماهنگی محلی سطوح انرژی را تعیین میکنند، و مدل مختصات پیکربندی جذب، انتشار و خاموشسازی حرارتی را توضیح میدهد.
- شکافهای باند فوتونیک
- آرایش تناوبی مواد دیالکتریک میتواند انتشار نور را در محدودههای فرکانسی خاصی ممنوع کند، که یک شکاف باند فوتونیک مشابه شکاف باند الکترونیکی ایجاد میکند و امکان محدودسازی، هدایت و دستکاری نور را فراهم میآورد.
Mechanisms
یک یون فعالکننده انرژی را جذب کرده و به حالت برانگیختهای میرود که از آنجا به صورت تابشی آرامش یافته و فوتونی را ساطع میکند که انرژی آن توسط مرکز و محیط آن تعیین میشود؛ رقابت بین آرامش غیرتابشی و انتقال انرژی به مکانهای خاموشکننده، کارایی را کاهش میدهد، در حالی که در بلورهای فوتونیک، تداخل ناشی از ساختار تناوبی، برخی از حالتهای نوری را ممنوع میکند.
Clinical relevance
مواد لومینسانس و فوتونیک فناوری نور سفید و نمایشگرها را ممکن میسازند: فسفرها انتشار دیودهای ساطعکننده نور و لامپهای فلورسنت را به رنگهای قابل استفاده تبدیل میکنند، سوسوزنها و فسفرهای اشعه ایکس در تصویربرداری کاربرد دارند، و ساختارهای فوتونیک نور را در فیبرهای نوری، لیزرها و دستگاههای فوتونیک یکپارچه هدایت و فیلتر میکنند.
History
شیمی فسفرها در طول قرن بیستم برای روشنایی فلورسنت و نمایشگرهای کاتدی توسعه یافت، با فعالکنندههای خاکی کمیاب که در آثاری مانند بلاسه و گرابمایر کدگذاری شدند. مفهوم شکاف باند فوتونیک، که به طور مستقل توسط یابلونوویچ و جان در سال 1987 معرفی شد، طراحی بلورهای فوتونیک را برای کنترل نور گشود و مکمل شیمی لومینسانس در فناوری نوری مدرن شد.
Key figures
- George Blasse
- Eli Yablonovitch
- Sajeev John
Related topics
Seminal works
- blasse1994
- joannopoulos2008
Frequently asked questions
- چرا یک LED سفید به فسفر نیاز دارد؟
- یک دیود ساطعکننده نور معمولاً یک باند باریک از رنگ، اغلب آبی، ساطع میکند. یک پوشش فسفری بخشی از آن نور را جذب کرده و آن را در طول موجهای بلندتر بازتاب میدهد، بنابراین ترکیب نور منتقلشده و تبدیلشده با هم ترکیب شده و سفید به نظر میرسد.
- شکاف باند فوتونیک چیست؟
- این یک محدوده از فرکانسهای نوری است که نمیتواند از طریق مادهای که ضریب شکست آن به صورت تناوبی در مقیاس طول موج تغییر میکند، منتشر شود. نور در آن محدوده به جای انتقال، منعکس یا محدود میشود، درست همانطور که یک باند انرژی ممنوعه الکترونها را در یک نیمهرسانا مسدود میکند.