1.1　发光现象

日常生活中可以观察到各种发光现象，从日焰月辉、电闪燧火，到煤气燃烧产生的蓝色火苗和炽热铁丝产生的黄色火焰、白炽灯泡发光、荧光灯管的电激发发光、娱乐活动中的光棒等。它们的本质是什么？

为了理解上述现象，需要首先介绍一些基本概念。激发：以某种方式把能量交给物质，使电子上升到一定高能态的过程叫激发过程（excitation），此时物质处于激发态。发光：物质（分子、原子、离子或其聚集体等）吸收一定的能量后，其电子从基态跃迁到激发态，如果在返回基态的过程中伴随有光辐射，这种光辐射现象就称为发光（luminescence），即发光就是物体把所吸收的激发能转化为光辐射的过程。发光也被定义为被激发的复杂粒子（指化学尺度的粒子）或由这些粒子组成的物质本征的非平衡辐射。由于处于高能态的粒子服从Boltzmann分布，所以发光只是在少数中心进行，不会影响物体的温度，因此也称为冷光（cold light）。以此建立起来的分析方法，即利用物质分子具有激发发光特性所建立的分析技术，称为分子发光光谱分析法。

发光都有哪些类型？发光的分类有各种各样的原则，比如，根据激发的方式分类，根据发光过程的动力学性质分类，根据发光物质的化学组成分类，根据发光物质的用途分类，等等。与本章密切相关的包括光致发光（photoluminescence）、化学发光（chemiluminescence）、生物发光（bioluminescence）和电致发光（electroluminescence）等。其中，光致发光包括荧光（fluorescence/fluorimetry）和磷光（phosphorescence/phosphorimetry）。根据所吸收光子和发射光子的能量之间的关系，荧光有各种说法：当用一种波长的光照射某种物质时，这个物质能在极短的时间内发射出比照射波长更长的光；物质吸收紫外光后所发出的光；物质吸收波长较短的可见光后发出波长较长的可见光；等等。

发光的另一分类体系是根据发光动力学特点：自发光（luminescence）也是一种冷光，可以在正常温度和低温下发出这种光。当已经被激发的粒子受粒子内部电场的作用而回到基态的过程所伴随的发光，即自发光。上述的光致发光都是自发光。另一种是光学激励的自发光或受迫发光（optically stimulated luminescence），指可见光或红外光促发的发光，即在外界因素的影响下才会产生辐射发射的现象。如半导体材料中，以一定形式产生俘获态的电子-空穴对（处于一种亚稳态能级），光可以使得导带中的电子脱离俘获态，进而与价带中的空穴复合（所谓的激子重组，exciton recombination）而产生发光。可见，光仅是释放先前所储备能量的促发剂。这也是光致发光的另一种含义。

其他的发光类型：白热光（incandescence）是指光从热能中来。当一个物体加热到足够高的温度时，它就开始发出光辉。如炼炉中的金属或钨丝灯泡中发出的光、太阳或其他类似星体发出的光。辐射发光（radioluminescence）是指由核辐射引起的发光。一些老式的钟表晚上可以看见发亮的表针，就是在其表面涂了一层放射性发光材料。但辐射发光也可指由X射线引起的发光，也可叫“光”致发光。摩擦发光（triboluminescence）是指由机械运动或由机械运动产生的电流激发的电化学发光。一些矿石撞击或摩擦，如两颗钻石在黑暗中撞击、火镰与火石（燧石或河滩石英质鹅卵石等）快速打击等产生的发光便属于这一类。热致发光（thermoluminescence）是指处于较高温度的物体，当温度达到某个临界点时辐射出可见光。这也许会与热辐射相混淆，但是热辐射需要很高的温度，且随着温度的升高，辐射的总功率增大，辐射的光谱分布向短波长方向移动；在热致发光中，热不是能量的基本来源，仅是其他来源的能量释放的促发剂。如固态发光材料在发光停止后，对其加热，则深俘获态的电子会被释放出来而发光。也就是说，热不是用来激发电子的，而是促进陷阱中的电子释放的。此外，还有热发光（hot glow）、声致发光（sonoluminescence）等。