Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 169
Текст из файла (страница 169)
Однако нередко это удается обойти путем тщательного предварительного исследования. й 217. Длительность фотолюминесценции Для многих веществ (главным образом жидкостей и газов) затухание идет настолько быстро, что свечение практически прекращается одновременно с прекращением освещения. Такой тип люминесценции обычно носит название флуоресценчии. Наблюдение флуоресценции требует, следовательно, непрерывного освещения. В других счучаях (твердые тела) послесвечение происходит в течение большего или меньшего промежутка времени.
Этот вид люминесценции нередко называют фосфоресченцией. Разделение двух процессов по признаку длительности послесвечения довольно искусственно, ибо улучшение способов наблюдения позволяет установить большую или меньшую длительность всех видов люминесценции. Для установления наличия послесвечения и определения его длительности употребляют различные приемы.
Простейший прибор, предназначенный для этой цели и носящий название фосфороскопа Беккереля, устроен следующим образом. Исследуемое вещество помещается между двумя дисками, которые можно привести в быстрое вращение. Диски снабжены одинаковым числом секторообразных вырезов и насажены на общую ось так, что вырезы одного диска приходятся против сплошных мест другого (рис.
39.7). Источник, посылающий свет на объект, расположен по одну сторону дисков, с другой помещается наблюдатель. Благодаря тому, что отверстия дисков не Рис. 39.7. Схема простого фосфороскопа, обеспечивающего измерение длительности послесвечения до 10 с — 4 совпадают, освещение и наблюдение объекта происходят раздельно во времени, причем можно регулировать промежуток времени между этими двумя процессами, изменяя быстроту вращения дисков и угол между отверстиями. Зная быстроту вращения дисков, при которой становится заметен свет фосфоресценции, и угол, на который смещены друг относительно друга отверстия в переднем и заднем дисках, можно определить продолжительность послесвечения. С помощью фосфороскопа Беккереля удается измерять продолжительность последействий, дляшихся до 10 с.
В фосфороскопе иного типа объект помещается на прозрачный быстро вращающийся диск. При вращении диска наблюдатель ви- 690 люминисцннция дит фосфоресцирующую полосу, постепенно ослабляюшуюся к концу (рис. 39.8). Зная скорость вращения, можно по длине полосы судить о времени послесвечения фосфоресценции. Этот фосфороскоп позволяет измерять времена затягивания до 10 ~ — 10 ~ с. Еще более короткие последействия (до 10 ~ с) можно измерять с помощью флуорометра Гавиола (рис.
39.9). Метод основан на применении эффекта. Керра, который для времени 10 8 — 10 ~ с практически безынерционен. Две установки Керра К1 У1М~ и ХзУ2Х~ упра.— вляются переменным напряжением высокой частоты (10 — 10 Гц) и, 111 ~1 '~2 Рис. 39.8. Схема фосфороскопа, обеспечивающего измерения длительности возбужденного состояниядо10 ~ — 10 8с Рис. 39.9. Схема фосфороскопа с применением высокочастотной модуляции света, обеспечивающего измерения длительности возбужденного состояния до 10 — 10 с — 8 — 9 таким образом, являются оптическими затворами, открывающими и закрывающими доступ свету большое число раз в секунду. Действие их до известной степени подобно двум дискам фосфороскопа Беккереля: свет от источника В, прошедший в какой-то момент через Х~ У1 Хз, доходит до флуоресцирукнпего вещества Т и вызывает люминесценцию.
В зависимости от длительности запаздывания процесса люминесценции этот вторичный свет дойдет до Яя в более или менее поздний момент. Так как пропускаемость установки Л'8У2Х4 быстро меняется со временем, то интенсивность вышедшего из У2 света будет зависеть от момента прихода вспышки к Я2, и следовательно, по ее интенсивности можно судить о времени послесвечения. В данной установке измеряют не интенсивность света, прошедшего через Г2, а разность фаз, возникающую между двумя компонентами света в конденсаторе Керра. Эта величина, собственно говоря, и определяет интенсивность пропускаемого света; измерение же разности фаз может быть выполнено с ббльшим удобством (при помощи компенсатора К), чем оценка интенсивности пропущенного света.
Измеренное таким образом запаздывание 1 складывается из двух величин: то -- вРемени пРохожДениЯ светом пУти У1ТУя и т — вРемени запаздывания процесса вторичного свечения. Если заменить сосуд с флуоресцирующим вегцеством зеркалом, от которого отражение происходит практически мгновенно, то мы найдем непосредственно тд и получим возможность ввести соответствующую поправку и определить время запаздывания свечения т. Гл. ххх1х. ФОТОлюминесценция 691 До известной степени аналогичен флуорометру 1авиола флуорометр Физического института Академии наук, построенный Л.А. Тумерманом и М.Д.
Галаниным, в котором модуляция светового пучка производится с помощью дифракции на ультраакустических волнах. Этот метод имеет преимущество перед методом Керра ввиду своей большой светосилы. В настоящее время строятся и другие еще более быстро работающие флуорометры, также использующие возможность измерять малые запаздывания по фазе. Как уже указывалось в 9 210, определяемое значение т может служить как для характеристики времени запаздывания свечения (средняя длительность возбужденного состояния), так и для характеристики затягивания свечения (продолжительность процесса испускания), в зависимости от того, с какой точки зрения рассматривается процесс излучения. В настоящее время мы не имеем оснований сомневаться в правильности квантовой трактовки, и следовательно, естественно рассматривать т как среднюю длительность возбужденного состояния.
Однако нередко оказывается удобным сохранять классическое описание процесса излучения, в котором, как указано, г имеет иной смысл. При помощи описанного метода было определено г для излучения изолированных атомов (резонансная флуоресценция атомов ~а, т = 1,5 10 ~ с), излучения изолированных молекул (молекулярная флуоресценция паров йода, г = 1-10 8 с) и люминесценции жидких и твердых тел. Для разнообразных веществ последнего типа было обнаружено, что т имеет порядок 10 ~ с, меняясь при переходе от одного вещества к другому и даже при изменении растворителя.
Так, для водных растворов эозина т = 1,9 10 а с, а для растворов этой краски в метиловом спирте т = 3,4 10 " с. Погрешность измерений составляет около О, 5 10 а с и в современных флуорометрах может быть еще уменьшена. Для твердых люминесцирующих тел, например урановых стекол, т значительно больше (около 10 ~ с).
Для многих других случаев люминесценции твердых тел средняя длительность возбужденного состояния настолько велика, что для ее измерения применяются более грубые фосфороскопы, описанные вначале настоящего параграфа. Известны специальные виды фосфбров (кристаллофосфбры), свечение которых длится несколько часов и даже дней. Несомненно, что длительная и кратковременная люминесценция обусловлена физическими процессами разного типа. Два типа люминесценции — флуоресценция и фосфоресценция — различались первоначально именно по этому признаку, и притом под флуоресценцией понималось свечение, прекращающееся мгновенно вместе с прекращением освещения. Данные, относящиеся к длительности возбужденного состояния, показывают, что такое деление имеет условный характер, ибо различие в длительности возбужденных состояний весьма велико: мы с несомненностью относим в разряд флуоресценции„например, процессы, для которых т может отличаться в десятки раз (например резонансная флуоресценция атомов ртути и натрия), Тем не менее, по-видимому, возможно разделение процессов фото- люминесценции на два типа.
Один — в котором процессы возбужде- 692 .1!юминесцеещия ния разыгрываются целиком внутри атома или молекулы, так что переход в возбужденное состояние не сопровождается отделением электрона от возбужденного атома или молекулы. Люминесценция такого типа соответствует возвращению молекулы (атома) в первоначальное состояние; она определяется в основном свойствами этой молекулы (атома) и сравнительно мало зависит от внешних условий (температуры. окружающих молекул и т.д.). Сюда относится в первую очередь люминесценция газов и жидкостей. Другой тип наиболее ясно представлен люминесцирующими кристаллами или кристаллическими порошками. При возбуждении таких веществ электрон нередко совершенно удаляется от своего положения в кристаллической решетке, благодаря чему повышается электропроводность кристаллов и возникает фосфоресценция, сопровождающая возвращение на старое место отделившегося электрона или какого-либо другого. Так как подвижность электрона в кристалле мала, то длительность таких возбужденных состояний может быть весьма значительна.
Фосфоресценция этого типа характеризуется обычно очень значительным затягиванием, наблюдение которого легко осуществить без всякого фосфороскопа. Повышение температуры нередко значительно сокращает это время, что можно объяснить повышением подвижности электронов. Указанные чистые типы люминесценции представляют крайние случаи, между которыми возможны различные переходы. В частности, наблюдалось, что при повышении вязкости среды (например, путем прибавления к раствору желатина) можно удлинить процессы высвечивания, как бы переводя кратковременное свечение в длительное.
Однако здесь нет места такому непрерывному переходу, и при повышении вязкости наряду с кратковременной люминесценцией развивается и вторая, более длительная. й 218. Определение люминесценции и критерий длительности Несмотря на чрезвычайное разнообразие в значениях времени т, показывающего длительность, люминесценции (от г — 10 Я с до г ж ~ 10~ с), для всех процессов люминесценции характерно, что оно значительно превосходит период собственного колебания светящейся молекулы (Т = 10 14 — 10 1" с). На это обратил особое внимание С.И. Вавилов, показавший, что данный критерий длительности является единственным характерным критерием, позволяющим отделить люминесценцию от всех других видов свечения.
В ~ 194 мы определили тепловое или температурное излучение как равновесное излучение. подчиняющееся закону Кирхгофа. Этим мы противопоставили тепловое излучение другим, неравновесным видам свечения. Однако к числу таких неравновесных свечений, интенсивность которых может превышать при данной температуре тепловое излучение, принадлежат еще разнообразные типы свечения. Сюда относится, конечно, и люминесценция, однако и рассеянный свет и свет отраженный точно так же отличаются от теплового излучения. Все эти виды свечения, кроме люминесценции, можно охарактеризовать Гл. ххх1х.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
