Кооперативная люминесценция

КООПЕРАТИВНАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, люминесценция, возникающая при передаче энергии от двух или более центров, поглотивших кванты возбуждающего оптического излучения, одному из центров люминесценции. Кооперативная люминесценция - один из видов антистоксовой люминесценции; с её помощью можно преобразовать длинноволновое (обычно инфракрасное) излучение в более коротковолновое (например, в излучение видимого диапазона). Кооперативная люминесценция обнаружена экспериментально российскими физиками П. П. Феофиловым и В. В. Овсянкиным (1966) и одновременно и независимо французским физиком Ф. Озелем на различных кристаллах с примесными трёхвалентными ионами РЗЭ.

Кооперативная люминесценция наблюдается при оптическом возбуждении особых, так называемых кооперативных, люминофоров. Специально подобранные пары редкоземельных ионов (Yb³⁺ и Ег³⁺, Yb³⁺ и Но³⁺, Yb³⁺ и Tm³⁺, Yb³⁺ и Тb³⁺ и т. п.), один из которых служит сенсибилизатором (обычно Yb³⁺), а другой - активатором, внедряются в кристаллические матрицы и стёкла. При возбуждении люминофора излучением ближней ИК-области спектра возникает кооперативная люминесценция в красной, зелёной и даже синей областях спектра. Кооперативная  люминесценция (менее эффективная) наблюдается и при отсутствии сенсибилизатора.

Перенос энергии от возбуждённых оптических центров к центру, аккумулирующему энергию возбуждения, осуществляется путём резонансной миграции энергии. Типичные значения эффективности кооперативной люминесценции обычно составляют 0,1-1% (при плотности возбуждения порядка 1Вт/см²) и с ростом плотности возбуждения могут достигать предельных значений, составляющих 10-20%.

Кинетика послесвечения (в том числе начальное разгорание свечения после прекращения возбуждения), сверхлинейная зависимость яркости свечения от концентрации рабочих ионов (при малых её значениях), а также тонкая структура спектров возбуждения позволяют отделить кооперативную люминесценцию от менее эффективного процесса последовательного поглощения нескольких квантов в одном и том же центре свечения. К кооперативной люминесценции приводят различные механизмы передачи энергии возбуждения. При последовательной сенсибилизации происходит последовательный перенос энергии от двух и более оптических центров (обычно ионов сенсибилизатора) к иону активатора. При кооперативной сенсибилизации осуществляется одновременная передача энергии от двух или более центров одному центру свечения. Для кооперативного испускания характерно испускание одного кванта двумя или более ионами, которые образуют единую квантовую систему. Экспериментально наблюдаются все три механизма кооперативной люминесценции, но максимальной эффективностью преобразования обладают люминофоры с последовательной сенсибилизацией.

Слои из поликристаллических кооперативных люминофоров используют в светодиодах с видимым свечением на основе GaAs:Si, диодах с высокой эффективностью ИК-излучения, а также для изготовления экранов, визуализирующих поля излучения некоторых ИК-лазеров.

Лит.: Агранович В. М., Галанин М. Д. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. М., 1978; Чуково Ю. П. Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения. М., 1980.