Кооперативная люминесценция. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Кооперативная люминесценция - люминесценция ,возникающая при передаче энергии от двух или более центров, поглотивших кванты возбуждающего оптич. излучения, одному центру люминесценции. К. л. является одним из видов антистоксовой люминесценции и позволяет преобразовывать более длинноволновое (обычно ИК) излучение в более коротковолновое (напр., в видимый свет). Она обнаружена экспериментально П. П. Феофиловым и В. В. Овсянкиным (1966) и одновременно и независимо Ф. Очелем (Ph. Auselle) (на разл. кристаллах с трёхвалентными редкоземельными ионами).

К. л. наблюдается при оптич. возбуждении особых, т. н. кооперативных, люминофоров. Специально подобранные пары редкоземельных ионов (Yb³⁺ и Еr³⁺; Yb³⁺ и Но³⁺; Yb³⁺ и Tm³⁺ ; Yb³⁺ и Tb³⁺ и др.). один из к-рых служит сенсибилизатором (обычно Yb³⁺ ), а другой - активатором, внедряются в кристаллич. матрицы и стёкла. При возбуждении люминофора ИК-излучением в ближней ИК-области спектра (узкие полосы с длиной волны 0,9

1,1 мкм и 1,4

1,6 мкм) возникает свечение в красной, зелёной и даже синей областях спектра. К. л. (менее эффективная) наблюдается и в отсутствие ионов сенсибилизатора.

Перенос энергии от одного или более возбуждённых оптич. центров к аккумулирующему центру осуществляется путём резонансной миграции энергии. Увеличение интенсивности возбуждения обычно приводит к росту эффективности К. л. т], типичные значения к-рой достигают 0,1 - 1% (для лучших совр. кооперативных люминофоров YOC1: Yb³⁺ , Er³⁺ и NaYF₄: Yb³⁺, Er³⁺) при плотности возбуждения I

Вт/см². Однако при более высоких I величина

стремится к предельным значениям, составляющим 10-20%.

Эти нелинейные свойства К. л. хорошо описываются кинетич. ур-ниями детального баланса для концентраций возбуждённых ионов с учётом вероятностей разл. процессов их возбуждения и релаксации. Взаимосвязь вероятностей прямых и обратных процессов (напр., коэф. поглощения возбуждающего излучения и времён жизни возбуждённых состояний) принципиально ограничивают величину h). Дополнит. потери энергии возникают из-за внутрицентровой многофононной релаксации, приводящей к существ. уменьшению энергии квантов свечения по сравнению с удвоенной (или утроенной) энергией квантов возбуждающего излучения. Сложная система уровней энергии редкоземельных ионов и участие фононов решётки в процессе переноса электронного возбуждения приводят к сосуществованию разл. каналов кооперации и релаксации электронных возбуждений, относит. вклад каждого из них сильно зависит от параметров решётки, концентрации рабочих ионов и температуры, поэтому детальное объяснение механизма К. л. встречает существ. трудности.

Кинетика послесвечения (в т. ч. нач. разгорание свечения после прекращения возбуждения), сверхлинейная зависимость яркости свечения от концентрации рабочих ионов (при малых её значениях), а также тонкая структура спектров возбуждения позволяют однозначно отделить К. л. от рассмотренного (1959) Н. Бломбергеном (N. Blombergen) и независимо Дж. Вебером (J. Weber) менее эффективного процесса последоват. поглощения неск. квантов в одном и том же центре свечения (квантовые счётчики). Вместе с тем возможны разл. механизмы К. л., а именно: последовательная сенсибилизация, т. е. последовательный перенос энергии от двух или более оптич. центров (обычно ионов сенсибилизатора) к иону активатора; кооперативная сенсибилизация, т. е. одноврем. передача энергии от двух или более центров одному центру; кооперативное испускание одного кванта двумя или более ионами (напр., двумя ионами Yb³⁺ ), к-рые с учётом их взаимодействия образуют единую квантовомеханич. систему. Все три механизма наблюдаются на опыте, но макс. эффективность преобразования обеспечивают лишь люминофоры с последовательной сенсибилизацией. Иногда под К. л. подр8азумевают только люминесценцию, идущую по третьему механизму.

Слои из поликристаллич. кооперативных люминофоров используют для изготовления светодиодов с видимым свечением на основе GaAs : Si диодов с высокой эффективностью ИК-излучения (в области 0,9

1,0 мкм), а также для приготовления экранов, визуализирующих поля излучения нек-рых ИК-лазеров (в т. ч. ИАГ: Nd³⁺ ).

Литература по кооперативной люминесценции

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.