ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Типы кривых затухания из "Катодолюминесценция" Свечение, которое мало зависит от температуры и увеличивается неограниченно с увеличением мощности возбуждения, предложено называть спонтанным послесвечением [232]. [c.175] Несмотря на учёт механизма процессов, сделанный при выборе вышеприведённой терминологии, данная классификация трудно применима на практике. Разграничение видов затухания в катодолюминесценции не всегда может быть проведено с желательной ясностью. Учитывая неполноту экспериментальных данных по затуханию катодолюминофоров, в настоящем изложении сделаны отступления от принятой терминологии. Термин флуоресценция во всех случаях заменён выражением свечение в момент возбуждения . Свечение при затухании, независимо от длительности, называется просто послесвечением. Если от-сутствз ет количественная оценка, то для качественной характеристики иногда прибавлены определения очень короткое , короткое и длительное . Определению очень короткое соответствует послесвечение порядка длительности наблюдаемого в шеелите и меньше его. Катодолюминофоры с таким затуханием пригодны для передачи и приёма сигналов на частоте до нескольких десятков и сотен килогерц. Термин короткое отвечает трудно уловимому на-глаз послесвечению, порядка допустимого в практике осциллографирования и в телевидении. Длительное послесвечение уверенно улавливается глазом, и спад основной яркости (80—90%) протекает за промежуток времени больше 0,1 сек. Термины фосфоресценция и спонтанное послесвечение использованы в книге только в тех случаях, когда описываемое явление безусловно удовлетворяет перечисленным выше требованиям. [c.175] Затухание люминофоров при возбуждении электронным лучом близко наблюдаемому при возбуждении люминесценции коротким ультрафиолетом. Сходство обоих процессов, отмеченное ещё Ленардом, позже было подтверждено другими исследователями, но скорее в качественных опытах [258, 259, 232]. Более детальный анализ явлений произведён Джонсоном, Нельсоном и др. [128, 196]. В их работах по затуханию при прерывистом возбуждении светом и электронами охвачены наблюдениями все типы промышленных люминофоров. На основании экспериментов авторы приходят к заключению о полной идентичности затухания при обоих видах возбуждения. Это утверждение распространено ими не только на форму кривых, но и на абсолютное значение констант. Для виллемита прочно установлен экспоненциальный закон затухания и одинаковая величина константы (1,2 сек.) при возбуждении люминесценции катодным лучом, резонансной линией неона (740 А) и резонансной линией ртути (2537 А) [125]. [c.176] Сходство кривых при фото- и катодовозбуждении упрощает знакомство с явлением, недостаточно изученным в катодолюминесценции. Законы затухания при возбуждении светом детально изучены работниками Физического института АН СССР. Приведённый в многочисленных хорошо известных работах (см., например, [166]) богатый экспериментальный материал и математический анализ явлений затухания делают излишним детальный разбор основных теоретических предпосылок. [c.176] Скорость такого возвращения даёт прямое указание на физическую сущность процесса. В простейшем случае можно говорить о двух вероятных путях. Если возвращение носит рекомбинационный характер, то скорость процесса должна отвечать скорости течения бимолекулярной реакции, и затухание протекает в соответствии с этим законом. Оно должно зависеть от температуры и характера поступления в крйсталл энергии возбуждения. [c.177] С другой стороны, когда возвращение регулируется только внутренними вероятностями переходов в самом излучающем атоме, то окружающие условия и предыдущая история не оказывают на процесс значительного влияния. Затухание идёт со скоростью мономолекулярной реакции и удовлетворяется экспоненциальным законом. [c.177] На практике обыкновенно сочетаются оба случая, и кривая затухания имеет сложный характер. Она может быть суммой экспоненциальных и гиперболических функций, как это чаще всего имеет место на практике. Дальнейшее усложнение вносится наложением многократных процессов и существованием метастабильных состояний излучающего атома с различной средней продолжительностью жизни. Математический анализ кривых затухания в значительной степени произволен. Сумма экспоненциальных членов всегда может быть с удовлетворительной точностью воспроизведена одной гиперболической функцией, а последняя, в свою очередь, аппроксимирована суммой нескольких экспонент. [c.177] Для иллюстрации наблюдаемых в катодолюминесценции процессов на рис. 42 в обычно принятой форме изображены кривые затухания образца технического виллемита (1% Л4п), не проходившего специальной очистки. На оси абсцисс отложено время затухания, а на оси ординат соответствующая яркость экрана в логарифмическом масштабе. [c.177] Приведённые на рисунке кривые обнаруживают существование трёх этапов в процессе затухания виллемита. Два первых (участки / и // на кривой А) отвечают затуханию по экспоненциальному закону, а третий (кривые В и С) — закону более сложному. Переход между этапами II и III неясно выражен из-за слишком большой разницы масштабов времени кроме того, в начальном участке кривой В измерения недостаточно точны из-за неизбежного вуалирования плёнки вблизи области возбуждения. Дополнительные осциллографические наблюдения, сделанные на частоте 10 пер/сек с длительностью возбуждения 2,7-10 сек., подтверждают совершенно плавный переход друг в друга соответствующих частей кривой. [c.179] Три перечисленных участка кривой существуют в затухании всех образцов виллемита и большинства других активированных марганцем силикатов. Они указывают на сложность процесса, который не поддаётся простому аналитическому выражению. Упомянутые выше работы по затуханию люминесценции при возбуждении светом указывают причины, по которым ход затухания не может быть охвачен одним уравнением. С достаточной степенью точности им могут быть выражены только отдельные участки кривой. Совпадение закона затухания в этих участках необязательно и даже противоречит теоретическим предпосылкам. Три перечисленных выше участка кривой нельзя, конечно, рассматривать как самостоятельные этапы затухания. Процессы в последнем идут параллельно, а не последовательно на отдельных отрезках времени, в зависимости от особенностей наложения, получают количественное преобладание те или другие виды хаотических и рекомбинационных процессов. [c.179] Первый этап затухания, резко выраженный у виллемита, существует не только у силикатов. Он представляет более общее явление и свойственен большинству катодолюминофоров различного состава. Из-за большой крутизны кривой и кратковременности самого этапа измерения в нём недостаточно точны. Самый факт наличия короткозатухающей экспоненциальной составляющей затухания у многих люминофоров можно установить только при особенно тщательных наблюдениях. Обязательным условием является строго прямоугольная форма отсечки возбуждающего импульса и возможность вести наблюдения через малые промежутки времени. На кривых затухания из цитированного выше сравнения фото- и катодолюминофоров [128, 196] этот участок выражен слабо и оставлен без внимания. В более точных работах Перкинса и Кауфмана [212] он выделен в качестве самостоятельного первую попытку его физической интерпретации нельзя считать удачной [183] точная количественная оценка пока принадлежит Стрэнджу и Гендерсону [278, 279, 280]. [c.180] При сравнении различных образцов наибольшие колебания констатированы в степени количественного участия рассматриваемого этапа в общем процессе затухания. Количественная роль его колеблется в зависимости от условий возбуждения и структурных особенностей люминофора. При изменении структуры сравнительное участие короткозатухающей компоненты растёт параллельно с общим увеличением поверхности люминофора. При изменении возбуждения имеет место увеличение роли первоначального этапа при увеличивающейся плотности тока в пучке. Последнее наблюдение получило полное подтверждение [278, 279, 280], причём не только для силикатов, но и для всех остальных катодолюминофоров. В табл. 14, по данным Стрэнджа, приведён процент быстрого процесса в затухании виллемита в зависимости от плотности тока и ускоряющего напряжения. [c.181] Сумма особенностей затухания на рассматриваемом этапе позволяет считать его основным в процессе освобождения люминофора от накопленной за период возбуждения энергии. В подавляющем большинстве случаев за этот период высвечивается до 90% всей светосуммы. В ходе процесса определяющим моментом служат химический состав и тип кристаллической структуры регулирующим скорость фактором является концентрация излучающих атомов. Процесс не зависит от внешних условий и не обнаруживает насыщения при увеличении мощности возбуждения. [c.183] Третий, и последний, этап затухания (участок III, рис. 42) у силикатных и других люминофоров при воз-бз дении электронным лучом проявляется с неодинаковой интенсивностью. Для него характерны наибольшие колебания в яркости и длительности свечения и в самой форме кривой. У технических катодолюминофоров он присутствует всегда в виде длительно светящегося хвоста малой яркости. Как правило, в катодолюминесценции на долю этого хвоста приходится не более 1 % запасаемой при возбуждении энергии. Соответствующими условиями изготовления при любом составе люминофора данный этап затухания может быть полностью устранён. [c.183] На третьем этапе затухания у подавляющего большинства катодолюминофоров яркость в начале этапа не превышает нескольких процентов от величины в момент возбуждения. Следует оговориться, что понятие о начале в данном случае несколько условно. Момент, когда на кривой затухания рассматриваемый участок приобретает доминирующее значение, зависит от предыдущей истории. [c.183] При большой МОЩНОСТИ и длительности возбуждения отклонение от экспоненциальной зависимости на второл этапе наступает уже через 60—80 миллисекунд по выключении импульса. Если при умеренной мощности возбуждение было кратковременным, то начало последнего этапа можно относить к 100 и даже 120 миллисекундам по выключении импульса. При малой и средней длительности третьего этапа его кривая затухания удовлетворительно выражается законом затухания рекомбинационного свечения. В графическом выражении [log яркости в функции log (1 + 0] экспериментальные точки хорошо ложатся на одну прямую. В случае препаратов с очень длительным затуханием приведённая форма зависимости недостаточна. Для удовлетворительного совпадения с экспериментальными результатами в знаменателе выражения необходимо добавить член Р с небольшим коэффициентом или рассматривать показатель при знаменателе как прерывистую функцию времени. [c.184] Специфической особенностью рассматриваемого этапа служит резко выраженная зависимость скорости затухания от температуры и эффект насыщения при увеличивающейся мощности возбуждения. Это позволяет рассматривать процесс как типичную фосфоресценцию. Возбуждение люминофора заканчивается захватом электрона на уровнях прилипания с последующим освобождением за счёт тепловых колебаний. Отсюда решающую роль приобретают число и природа различных нарушений в кристалле, вызванных искажением структуры или наличием посторонних загрязняющих атомов. Характерно, что относительное участие длительно затухающей компоненты в суммарном процессе резко падает с очисткой материала и упорядочением кристаллической структуры. [c.184] Стрэндж и Гендерсон [280] находят более приемлемым рассматривать затухание сульфидов как сумму двух экспонент быстрого (а) и более медленного (Р) процессов. В табл. 15, по их данным, приведено изменение величины констант и процентного участия каждого из процессов в затухании активированного серебром сульфида цинка при различной плотности возбуждения. [c.186] Вернуться к основной статье