光致发光光谱（Photoluminescence Spectroscopy，简称PL谱）是一种分析技术，用于研究物质在受到光激发后所发出的光的光谱特性。当物质受到光激发时，电子会从价带跃迁到导带，并在返回基态的过程中释放光子。这个过程可以产生不同波长的光，形成光谱图。光致发光光谱的应用非常广泛，包括材料科学、半导体器件表征、环境监测和生物医学成像等。
光致发光光谱的基本原理
光的激发：
物质在光的激励下，电子从价带跃迁至导带，并在价带留下空穴。
载流子的复合：
电子和空穴在各自的导带和价带中通过弛豫达到准平衡态，然后通过复合发光，形成不同波长光的强度或能量分布。
光谱分析：
通过光谱仪记录发射光的强度与波长之间的关联，分析光谱数据，确定荧光峰的波长位置，从而计算带隙宽度等参数。
光致发光光谱的应用
半导体检测与表征：
通过PL谱可以确定半导体的带隙宽度，分析材料中的杂质浓度和组分，从而评估其性能。
材料科学：
PL谱用于研究新材料的结构和性质，如纳米材料的尺寸、形貌和成分分布。
环境监测：
PL谱可以用于检测环境中的污染物和有害气体。
生物医学成像：
PL谱在生物医学领域用于细胞和组织的成像，特别是在荧光显微镜中。
光致发光光谱仪的组成
光致发光光谱仪通常由以下部分组成：
激发光源：
提供激发光的光源，通常是紫外-近红外波段的激光器。
样品室：
放置待测样品的区域，需要保证样品的稳定性和光路的密封性。
光学系统：
包括透镜、反射镜等，用于引导光束和收集样品发射的光。
光电检测器：
用于检测样品发射的光信号，并将其转换为电信号。
数据处理系统：
用于采集、分析和显示光谱数据。
光致发光光谱的优点
设备简单：
无需复杂的样品制备和破坏性测试。
分辨率高：
可以用于薄层和微区分析。
无破坏性：
对样品无损伤，适用于活体样本和敏感材料的检测。
光致发光光谱的局限性
定性分析为主：
通常只能进行定性分析，难以进行精确的定量分析。
低温测试要求高：
需要液氦等低温条件，实验条件较为苛刻。
无法反映深能级缺陷：
不能反映出非辐射复合的深能级缺陷中心。
光致发光光谱作为一种重要的分析工具，在材料科学、半导体技术和环境监测等领域具有广泛的应用价值。通过合理选择实验条件和仪器参数，可以有效地利用PL谱进行各种科学研究和工业应用。