Фотовозбуждение

Фотовозбуждение в кристалле

Фотовозбуждение — это создание возбужденного состояния квантовой системы путем фотонов поглощения . Возбужденное состояние возникает в результате взаимодействия фотона с квантовой системой . Фотоны переносят энергию, которая определяется длиной волны света, несущего фотоны. Объекты, излучающие свет с большей длиной волны, излучают фотоны, несущие меньше энергии. Напротив, свет с более короткими длинами волн излучает фотоны с большей энергией. Поэтому, когда фотон взаимодействует с квантовой системой, важно знать, с какой длиной волны мы имеем дело. Более короткая длина волны передаст больше энергии квантовой системе, чем более длинные волны.

На атомном и молекулярном уровне фотовозбуждение — это фотоэлектрохимический процесс за возбуждения электронов счет поглощения фотонов , когда энергия фотона слишком мала, чтобы вызвать фотоионизацию . Поглощение фотона происходит в соответствии с квантовой теорией Планка.

Фотовозбуждение играет роль в фотоизомеризации и используется в различных методах:

• Сенсибилизированные красителем солнечные элементы используют фотовозбуждение, используя его в более дешевых солнечных элементах массового производства. Солнечные элементы имеют большую площадь поверхности, чтобы улавливать и поглощать как можно больше фотонов высокой энергии. Более короткие волны более эффективны для преобразования энергии по сравнению с более длинными волнами, поскольку более короткие волны переносят фотоны, которые более богаты энергией . Поэтому свет с более короткими длинами волн вызывает более длительное и менее эффективное преобразование энергии в солнечных элементах, сенсибилизированных красителем.
• Фотохимия
• Люминесценция
• Лазеры с оптической накачкой используют фотовозбуждение таким образом, что возбужденные атомы в лазерах получают огромное прямозонное усиление, необходимое для лазеров. Плотность, необходимая для инверсии населенностей в соединении Ge, материале, часто используемом в лазерах, должна составлять 10 ²⁰ см ⁻³ , и это достигается за счет фотовозбуждения. Фотовозбуждение приводит к тому, что электроны в атомах переходят в возбужденное состояние. В тот момент, когда количество атомов в возбужденном состоянии превышает количество в нормальном основном состоянии, происходит инверсия населенности. Инверсия, подобная той, что вызвана германием , позволяет материалам действовать как лазеры.
• Фотохромные приложения. Фотохромизм вызывает трансформацию двух форм молекулы путем поглощения фотона. Например, молекула БИПС ( 2H-1-бензопиран-2,2-индолины ) может превращаться из транс в цис и обратно путем поглощения фотона. Разные формы связаны с разными полосами поглощения. В цис-форме БИПС полоса переходного поглощения имеет значение 21050 см-1. ⁻¹ , в отличие от полосы трансформы, имеющей значение 16950 см ⁻¹ . Результаты были оптически видимы: BIPS в гелях меняли цвет с бесцветного на коричневый или розовый после многократного воздействия высокоэнергетического УФ-луча накачки. Фотоны высокой энергии вызывают трансформацию в молекуле BIPS, заставляя молекулу изменить свою структуру.

В ядерном масштабе фотовозбуждение включает в себя возникновение нуклонных и дельта-барионных резонансов в ядрах.