Переключатель длины волны

Сдвигатель длины волны — это фотофлуоресцентный материал, который поглощает более высокой частоты фотоны и излучает фотоны более низкой частоты. Материал поглощает один фотон и излучает один или несколько фотонов с более низкой энергией. Время релаксации возбужденной молекулы обычно составляет порядка наносекунд.

Приложения

Сдвигатели длин волн часто используются в физике элементарных частиц для сбора сцинтилляционного или черенковского света в детекторах частиц . Такие материалы, как акриловые пластины или оптические волокна , обычно либо легируются молекулами, смещающими длину волны, либо покрываются краской, смещающей длину волны.

Технология смещения длины волны представляет особый интерес для низкофоновых сверхновых, детекторов нейтрино таких как IceCube , Супер-Камиоканде или его преемник Гипер-Камиоканде . Здесь сдвигающие волны дают два преимущества: поскольку эти типы детекторов основаны на излучении черенковского излучения вторичных частиц, движущихся быстрее, чем фазовая скорость света в среде, в результате взаимодействия нейтрино, поглощая больше фотонов в УФ- диапазоне и смещая их. в видимом диапазоне, обнаруживаемом обычными ФЭУ, является полезным. Кроме того, с помощью преобразователей длины волны можно охватить большую площадь сбора данных с меньшими затратами по сравнению со стандартными датчиками на основе ФЭУ. Примером датчика, использующего технологию сдвига длины волны, является оптический модуль со сдвигом длины волны (WOM). предусмотрено для расширения детектора IceCube.

Кроме того, материалы, меняющие длину волны, можно использовать для повышения эффективности фотоэлектрического элемента (солнечного элемента) путем замены одного фотона «слишком высокой» энергии на несколько фотонов «правильной» энергии.

Помимо научного применения, сдвигатели длины волны иногда используются для достижения устойчивости пластмасс к ультрафиолетовому излучению вместо поглотителей. Сдвигатель длины волны также используется для смещения УФ-излучения в видимый спектр в люминесцентных лампах или светодиодах . В большинстве случаев это делается с помощью люминофора , который можно рассматривать как сдвигатель длины волны с длинной ( $>1\,$мс) время релаксации.

Химическая структура

Органические сдвигатели длины волны обычно содержат одно или несколько бензольных колец (например, де:1,4-бис(2-метилстирил)бензол или п- терфенил ), поскольку $\sigma _{s}$ и $\sigma _{p}$ связи здесь полезны для поглощения/испускания фотона и переноса энергии внутри молекулы. Модификации молекул позволяют в некоторых случаях настраивать режим длины волны приема и излучения. Сдвиг длины волны происходит по принципу Франка-Кондона , при этом избыточная энергия обычно уносится в виде фононов .

Большинство органических преобразователей длины волны представляют собой плоские молекулы, что приводит к снижению эффективности смещения длины волны при кристаллизации из-за обмена энергией между молекулами. Текущие исследования также создали трехмерные преобразователи длины волны, которые показывают противоположный эффект, поскольку объединение в кластеры ограничивает энергию, которая может храниться в виде энергии вращения.

Спектральные характеристики

Сдвигатель длины волны обычно имеет множество линий поглощения и излучения, которые достаточно широки, чтобы создать спектр поглощения и излучения. Разделение спектра поглощения и излучения определяется так называемым стоксовским сдвигом .