Методика измерения спектров люминесценции

Формы представления спектров излучения

Спектры излучения при экспериментальных исследованиях обычно получают в виде функции (l), а в теоретических расчетах - (n), (hn). В связи с этим, найдем соотношение, позволяющее осуществлять переход от спектров, построенных в координатах , к спектрам, представленных в координатах . Здесь Е=hv - энергия кванта излучаемого света. Выделим интервалы dl(l, l+dl) и dE(E, E-dE).

В обоих случаях величины светового потока, равные площади соответству­ющих участков, выделенных под кривыми спектрального распределения лю­минесценции, будут равными

, (1.1)

где - спектральная интенсивность при энергии кванта Е и длине волны l, соответственно.

С учетом соотношения между Е и l уравнение (1.1) можно предста­вить в виде

. (1.2)

В частности известно, что форма спектров мономолекулярной люми­несценции описывается функцией Гаусса, а рекомбинационной - незначи­тельно измененной функцией Гаусса. Следовательно, спектры люминесценции можно описывать соотношением

, (1.3)

где: -энергия кванта излучения в максимуме спектра люминесценции, а - постоянная величина, - интенсивность излучения в максимуме полосы при Е= Е .

Функцию (Е) обычно нормируют к 1 или 100%. Анализ формы по­лос свечения удобно проводить, если измеренные спектры представить в координатах . Спрямление кривой спектраль­ного распределения люминесценции в таких координатах свидетельствует о правомерности использования формулы (1.3) для описания формы спект­ра люминесцентного излучения.

Методика измерения спектров люминесценции

Схема экспериментальной установки, используемой для измерения спектров люминесценции, представлена на рис.1. Возбуждение люминесценции обеспечивается ртутной лампой ДРШ-250(S). Излучение ртутной лампы, сфокусированное линзой (Л₁) на образец (О), проходит через тепловой фильтр из водного раствора СuSО₄ (Ф₁) и стеклянный фильтр (Ф₂) с максимумом пропускания в области края фундаментального поглощения рассматриваемого полупроводника.

Люминесцентное излучение исследуемого кристалла фокусируется конденсором Л₂ на входную щель монохроматора УМ-2. За выходной щелью спектрального прибора расположен фотоэлектронный умножитель ФЭУ-22 (Ф), область спектральной чувствительности которого 400-1000нм. Электрический сигнал с анода ФЭУ, пропорциональный интенсивности фотолюминесценции, усиливается усилителем постоянного тока ИМТ-05 и регистрируется гальванометром (Г) или цифровым вольтметром типа В7-21. Питание ФЭУ обеспечивается стабилизированным выпрямителем ВС-22.

Рис.1. Схема установки для измерения спектров излучения.

При измерениях спектров люминесценции необходимо учитывать два обстоятельства: во-первых, ФЭУ характеризуется определенным спектра­льным распределением фоточувствительности (обозначим соответствующую функцию через К(l) ) и, во-вторых, оптическая схема, включающая конден­сор Л₂ и оптические элементы монохроматора, не одинаково пропускают свет различной длины волны (соответствующую аппаратную функцию обоз­начим c(l)).Таким образом, измеряемый спектр представляет собой произведение трех функций: . Для определения функций К(l) , c(l) проводят следующие измерения. На место образца (рис.1) помещают вольфрамовую лампу накаливания, спектр излучения которой для данной температуры можно рассчитать по формуле Планка с учетом коэффициента серости. Следовательно, экспериментально определен­ный спектр излучения равен произведению трех функций: . Зная спектр , легко определить произведение К (l)c(l)º К°(l). В дальнейшем, для исключения функции К°(l), т.е. для получения истинного спектра люминесценции, необходимо разделить экспериментальный спектр на .

При выполнении данной работы может быть использована программа расчета на ЭВМ, которая позволяет: исключить влияние функции К⁰(l) на форму измеряемых спектров, рассчитать форму спектра излучения в виде функции , нормировать спектры излучения, рассчитывать спектры излучения в координатах .

В качестве исходных данных вво­дятся значения интенсивности люминесценции на различных длинах волн излучаемого света. В программе содержится массив значений функции К°(l), ранее определенной для ФЭУ, используемого в данной измерительной установке.

1.3.Порядок выполнения работы и задание

1. Ознакомиться с измерительной установкой.

2. Произвести измерения спектров люминесценции в соответствии с указанием преподавателя.

3. Представить на одном рисунке нормированные спектры люминесценции как функции (l), (Е ).

4. Построить функцию (Е) в координатах и сделать заключение о возможности описания формы исследуемого спектра люминесценции функцией Гаусса.

5. Определить энергию кванта излучения в максимуме спектра люминес­ценции, ширину полосы излучения на ее полувысоте и оптическую энергию активации центра свечения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: