Lüminesans ve Fotonik Malzemeler
Lüminesans malzemeler, absorbe edilen enerjiyi bir ana kafes içindeki aktivatör merkezleri aracılığıyla yayılan ışığa dönüştürürken, fotonik malzemeler ışığın yayılmasını kontrol etmek için periyodik yapı kullanır; her ikisi de katı maddelerdeki ışık-madde etkileşiminin kimyasına dayanmaktadır.
Tanım
Lüminesans malzemeler, bir ana kafes içindeki lokalize optik merkezler aracılığıyla fotonlar, elektronlar veya diğer enerji ile uyarıldığında ışık yayan katı maddelerdir; fotonik malzemeler ise kırılma indisindeki periyodik değişimin, fotonik bant aralıkları oluşturmak da dahil olmak üzere, ışığın yayılmasını kontrol ettiği katı maddelerdir.
Kapsam
Bu konu, ışık yayan veya yönlendiren katı maddeleri kapsamaktadır: aktivatör iyonlarının, genellikle nadir toprak veya geçiş metali katkı maddelerinin, bir ana kristal içinde lüminesans gösterdiği fosforlar; emisyon rengini ve verimliliğini belirleyen ana-aktivatör kimyası, enerji transferi ve konfigürasyonel-koordinat modeli; ve periyodik dielektrik yapısı ışık akışını şekillendiren fotonik bant aralıkları oluşturan fotonik malzemeler. Optik merkezleri ve yapıyı aydınlatma, ekranlar ve optik bileşenlerle ilişkilendirmektedir.
Temel sorular
- Bir ana kafes içindeki aktivatör merkezleri lüminesansı nasıl üretir?
- Bir fosforun emisyon rengini ve verimliliğini ne kontrol eder?
- Merkezler arasındaki enerji transferi lüminesansı nasıl etkiler?
- Fotonik yapılar ışığın yayılmasını nasıl kontrol eder?
Anahtar kavramlar
- Ana kafes ve aktivatör
- Nadir toprak ve geçiş metali merkezleri
- Konfigürasyonel-koordinat modeli
- Enerji transferi ve söndürme
- Fotonik bant aralığı
- Işık hapsi ve yönlendirme
Temel kuramlar
- Ana-aktivatör lüminesansı
- Fosforlardaki emisyon, bir ana maddeye gömülü aktivatör iyonlarının optik geçişlerinden kaynaklanmaktadır; ana madde ve yerel koordinasyon enerji seviyelerini belirler ve konfigürasyonel-koordinat modeli absorpsiyonu, emisyonu ve termal söndürmeyi açıklamaktadır.
- Fotonik bant aralıkları
- Dielektrik malzemelerin periyodik bir düzenlemesi, belirli frekans aralıklarında ışığın yayılmasını engelleyebilir, elektronik bant aralığına benzer bir fotonik bant aralığı oluşturarak ışığın hapsedilmesine, yönlendirilmesine ve manipüle edilmesine olanak tanımaktadır.
Mekanizmalar
Bir aktivatör iyonu enerji absorbe eder ve uyarılmış bir duruma yükselir; bu durumdan radyatif olarak gevşeyerek, enerjisi merkez ve çevresi tarafından belirlenen bir foton yayar; rekabet eden radyatif olmayan gevşeme ve söndürme bölgelerine enerji transferi verimliliği azaltırken, fotonik kristallerde periyodik yapıdan kaynaklanan girişim belirli optik modları engellemektedir.
Klinik önem
Lüminesans ve fotonik malzemeler, beyaz ışık ve ekran teknolojisini mümkün kılmaktadır: fosforlar, ışık yayan diyotların ve floresan lambaların emisyonunu kullanılabilir renklere dönüştürür, sintilatörler ve X-ışını fosforları görüntülemede kullanılır ve fotonik yapılar optik fiberlerde, lazerlerde ve entegre fotonik cihazlarda ışığı yönlendirir ve filtreler.
Tarihçe
Fosforların kimyası, yirminci yüzyıl boyunca floresan aydınlatma ve katot ışınlı ekranlar için geliştirilmiştir; nadir toprak aktivatörleri Blasse ve Grabmaier gibi çalışmalarla kodifiye edilmiştir. Yablonovitch ve John tarafından 1987'de bağımsız olarak tanıtılan fotonik bant aralığı kavramı, ışığı kontrol etmek için fotonik kristallerin tasarımını açmış ve modern optik teknolojisinde lüminesans kimyasını tamamlamıştır.
Öne çıkan isimler
- George Blasse
- Eli Yablonovitch
- Sajeev John
İlgili konular
Temel eserler
- blasse1994
- joannopoulos2008
Sıkça sorulan sorular
- Beyaz bir LED neden fosfora ihtiyaç duyar?
- Bir ışık yayan diyot (LED) genellikle dar bir renk bandı, çoğunlukla mavi ışık yaymaktadır. Bir fosfor kaplama, bu ışığın bir kısmını absorbe eder ve daha uzun dalga boylarında yeniden yayar, böylece iletilen ve dönüştürülen ışığın birleşimi beyaz görünmek üzere karışır.
- Fotonik bant aralığı nedir?
- Kırılma indisi dalga boyu ölçeğinde periyodik olarak değişen bir malzeme içinden yayılamayan bir ışık frekans aralığıdır. Bu aralıktaki ışık, bir yarı iletkendeki yasak enerji bandının elektronları engellemesi gibi, iletilmek yerine yansıtılır veya hapsedilir.