Измерение спектральных характеристик волоконных световодов с органическими красителями
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?щения света полупроводниками лежит физическое явление смещения границы полосы поглощения полупроводников ?х при изменении температуры окружающей среды Т [4-8]. Для света с более короткой длиной волны, поглощение усиливается, причем по мере роста температуры Т граница полосы поглощения
отодвигается в сторону более длинных волн. Проводившиеся исследования поведения полупроводников в сильных электромагнитных полях [25] показали, что в полупроводниках носители зарядов взаимодействуют с полями, в результате чего происходит нагревание полупроводников. При создании устройств измерения температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей на основе этого метода является обязательным наличие системы экранировки чувствительного элемента полупроводника.
1.5 Температурное тушение флуореiенции
Явление температурного тушения флуореiенции обусловлено повышением частоты процессов столкновения, что сопровождается дезактивацией возбужденных уровней путем безизлучательной колебательной релаксации молекул и понижением квантового выхода флуореiенции [26, 27].
Различают внешнее и внутренне тушение флуореiенции [26]. Внешнее тушение связано с рекомбинационным взаимодействием. При этом доля переходов без излучения растет с увеличением температуры и уменьшением, интенсивности возбуждения, причем на послесвечение тушители оказывают большее действие, чем на свечение в процессе возбуждения. Роль центров тушения могут играть и мелкие электронные ловушки. При понижении температуры увеличивается время пребывания в них электронов, поэтому увеличивается вероятность рекомбинации последних с дырками. При возбуждении люминеiенции излучением, поглощаемым основной решеткой люминофора, это вызывает в низкотемпературной области падение квантового выхода при уменьшении температуры. В результате на кривой I(T) (рис. 1.1) появляется максимум.
Рис.1.1 Зависимость интенсивности люминеiенции ZnS - 1тАв10-4 Ag, Co - фосфора от температуры при концентрации кобальта 1,810-6 [30]
Максимум возникает и в тех случаях, когда конкурирующим центром является мелкая дырочная ловушка.
Помимо того, чем больше концентрация глубоких центров тушения, тем больше число дырок успеет перейти к ним от центров свечения за то время, пока электроны остаются на центрах тушения. Поэтому температура, при которой начинается эффективное тушение той или иной полосы тем ниже, чем; выше отношение концентрации центров тушения к концентрации центров свечения. Доля безизлучательных переходов зависит также от плотности возбуждения. Это объясняется тем, что с увеличением интенсивности возбуждающего излучения скорость рекомбинации растет быстрее, чем скорость освобождения дырок с ионизованных центров или захвата электронов глубокими ловушками, играющими роль центров тушения. В результате эффект тушения ослабляется. По этой причине интенсивность люминеiенции возрастает не пропорционально интенсивности возбуждения, имеет место так называемый сверхлинейный рост интенсивности люминеiенции. Это явление, наблюдаемое также при наличии конкурирующего более глубокого центра свечения, является признаком рекомбинационной люминеiенции.
Наряду с внешним тушением люминеiенции существует также и внутреннее, происходящее внутри центра свечения. Модель потенциальных кривых (рис.1.2) [26] дает объяснение явлению внутреннего тушения.
Вследствие того, что потенциальная кривая возбужденного состояния смещена по отношению к потенциальной кривой основного состояния (правило Стокса-Ломмеля) и является обычно более пологой, возможно пересечение этих двух кривых, так что, находясь в возбужденном состоянии, система может принять такую же конфигурацию, какой она обладает в основном состоянии при достаточно большой величине колебательной энергии.
Рис. 1.2 Модель потенциальных кривых
В этом случае происходит безизлучательный переход из возбужденного в основное состояние. Избыток колебательной энергии передается решетке основания люминофора. Согласно квантовой механике, достаточно даже, чтобы кривые просто сблизились друг с другом в такой мере, чтобы был возможен туннельный переход из одного состояния в другое.
В настоящее время существует два подхода к регистрации температуры по спектрам флуореiенции - регистрация интенсивности флуореiенции I (Fluorescence Intensity Ratio - FIR) [4, 7, 28 - 32] и регистрация длительности остаточной флуореiенции ? (Fluorescence Lifetime - FL) [28, 33 - 42].
В работе [28] авторами был проведен сравнительный анализ подходов FIR и FL. Теоретически и экспериментально было показано, что оба подхода позволяют получать монотонную температурную зависимость флуореiенции. При этом было отмечено, что при низких температурах температурная зависимость имеет значительную чувствительность при измерениях по методу FIR, в то время как остается постоянной при измерениях по методу FL, т.е чувствительность близка к нулю. По мере увеличения температуры чувствительность в обоих методах становится приблизительно одинаковой. Таким образом, методы FIR являются более универсальными.
В основе современного подхода FIR лежит принцип двух длин волн [31], который заключается в нахождении значения температуры путем вычисления отношения значений интенсивности флуореiенции, измеренных на двух длинах волн. Такой способ регистрации позволяет производить калибровку данных и значительно снижает влияние ошибок на результаты измерений.
&nb