發光(luminescence)
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發光(luminescence)是「冷光」——材料因為某種「不只是熱」的原因而放出的光。一根燒紅的火鉗會發亮是因為它熱(那是白熾,incandescence);螢火蟲、螢光棒、螢光幕,或一抹夜光漆,卻都是在保持涼爽的同時發光,那就是發光。它是一個統稱,涵蓋每一種材料以某種形式吸收能量、再把其中一部分以光釋出、且無需爐火般高溫就能辦到的過程。
發光家族依「誰供給能量」來分類。光致發光(photoluminescence)是光進、光出——又分為螢光(fluorescence,激發一停就立刻停止)與磷光(phosphorescence,也就是拖著的餘暉)。陰極發光(cathodoluminescence)是由電子束驅動的發光(老式陰極射線管電視)。電致發光(electroluminescence)是由電場或電流產生的光,如發光二極體。熱釋光(thermoluminescence)是把儲存了能量的材料輕輕加熱時釋放的光,用於輻射劑量量測與考古陶器定年。此外還有摩擦發光(triboluminescence,壓碎或摩擦生光)與輻射發光(radioluminescence,由核輻射驅動)。它們底下都是同一個機制:一個電子被推到較高能態,跌回時可以把能量差以光子形式甩出。發光持續多久取決於躍遷——螢光在奈秒內熄滅,而磷光可拖上數秒到數小時,因為電子被困在一條緩慢的禁戒路徑或陷阱裡。
發光是螢光體、閃爍體、發光二極體、雷射、顯示螢幕與輻射劑量計底下的科學,而在陶瓷裡,它是藉由把氧化物、石榴石或氮化物主體摻入精心選定的活化劑離子來工程化的。有一個乾淨的方式看清發光「不是」什麼:老式白熾燈泡並不在發光(luminescence)——它的燈絲發亮純粹是因為白熱,那是寬廣的熱(黑體)輻射。發光恰恰相反:涼爽、且顏色具選擇性,因為它來自特定的電子躍遷、而非來自純粹的熱。
把一塊摻雜的陶瓷埋在輻射場中,它會靜靜地把部分能量儲存在電子陷阱裡。日後加熱它,它便把儲存的能量以一道閃光釋放,光的亮度量測所受的劑量——這就是熱釋光,醫院與核電廠佩戴的輻射劑量章的原理。
發光是來自電子躍遷的光,而非來自熱——它是冷的,且顏色由材料的能階決定。
螢光與磷光的差別在於時間、而非化學:螢光在激發一停就消失,而磷光會持續發亮,因為電子卡在一條緩慢、量子力學上「禁戒」的路徑上。而白熾(純粹因為熱而發亮)根本不算發光。