Фосфоресценция
Фосфоресценция — это особый тип фотолюминесценции. В отличие от флуоресцентного, фосфоресцентное вещество излучает поглощённую энергию не сразу. Большее время реэмиссии связано с «запрещёнными» энергетическими переходами в квантовой механике. Поскольку такие переходы в обычных материалах наблюдаются редко, реэмиссия поглощенного излучения проходит с более низкой интенсивностью и в течение длительного времени (до нескольких часов).
Говоря простым языком, в отличие от флуоресценции, фосфоресценция — это процесс, в котором энергия, поглощённая веществом, высвобождается в виде света относительно медленно.
Люминесценция кристаллов зависит от наличия в них примесей, энергетические уровни которых могут служить уровнями поглощения, промежуточными или излучательными уровнями. Роль этих уровней могут выполнять также энергетические зоны (валентная и проводимости). Кристаллы, обладающие способностью к люминесценции, называются кристаллофосфорами. Возбуждение светом, электрическим током или пучком частиц создаёт в них свободные электроны, дырки и экситоны. Они могут захватываться ловушками — атомами примесей — или оседать на дефектах кристаллической решётки. В этом случае рекомбинация (а значит, и свечение) электронов и дырок наступают не мгновенно, а спустя достаточно длительное время, что будет соответствовать длительности фосфоресценции. Для ускорения освобождения электронов из ловушек можно приложить дополнительную энергию, например, использовать нагрев. Примеси и дефекты кристаллической решетки выступают также и в роли гасителя люминесценции, «забирая» у электронов энергию возбуждения.
Фосфоресценция органических молекул связана с запрещёнными переходами между энергетическими уровнями разной мультиплетности. Электронные переходы в молекулах удобно описывать с помощью диаграммы Яблонского. При поглощении энергии молекула переходит из основного синглетного состояния S0 в возбуждённое синглетное S1. В таком возбуждённом состоянии молекула может пребывать порядка нескольких наносекунд, а затем сразу же освобождается от лишней энергии, которая либо уходит в тепло, либо испускается в виде света — так называемая быстрая флуоресценция.
Но у некоторых молекул запрет между переходами разной мультиплетности частично снимается за счёт наличия в них тяжелых атомов, например, атомов йода, которые позволяют молекулам эритрозина легко переходить из возбуждённого синглетного состояния S1 в возбуждённое триплетное T1. Такой переход называют интеркомбинационной конверсией. Находясь в T1-состоянии, молекулы уже не могут быстро вернуться в основное состояние S0, так как такой переход запрещён, поэтому свечение, обусловленное такими переходами, достаточно продолжительное — несколько микросекунд и дольше. Так как уровень T1 обладает меньшей энергией, чем S1, фосфоресценция (в отличие от флуоресценции) всегда смещена в длинноволновую область.
