Lumineszenz

Lumineszenz ist die optische Strahlung eines physikalischen Systems, die beim Übergang von einem angeregten Zustand zum Grundzustand entsteht. Je nach Art der Anregung unterscheidet man verschiedene Arten der Lumineszenz:

• Elektrolumineszenz: Die Anregung des Systems durch elektrischen Strom (Beispiel: Leuchtdioden).
• Kathodolumineszenz: Die Anregung des Systems erfolgt durch Beschuss mit Elektronen (Beispiel: Fernsehbildschirm).
• Photolumineszenz: Die Anregung des Systems erfolgt durch Photonen. Dabei unterscheidet man je nach Zeitdauer zwischen Anregung und Emission des Lichtes zwischen Phosphoreszenz und Fluoreszenz.
• Chemilumineszenz: Die Anregung des Systems erfolgt durch eine chemische Reaktion (Beispiel: Luminol zum Aufspüren von Blut).
• Biolumineszenz: Die Anregung des Systems erfolgt durch eine chemische Reaktion in lebenden Organismen (Beispiel: Oxidation von Luciferin im Leuchtkäfer).
• Tribolumineszenz: Die Anregung des Systems erfolgt durch Reibung oder Auseinanderreißen; z.B. bei Zuckerkristallen oder beim Öffnen von selbst klebenden Briefumschlägen.
• Thermolumineszenz: Die Anregung des Systems erfolgt durch Wärmezufuhr.

Lumineszenz tritt immer zusätzlich zur thermischen Schwarzkörperstrahlung auf, die jeder Körper der Temperatur $T>0\ \mathrm {K}$emittiert.

Die verschiedenen Arten der Lumineszenz können auch nach der Dauer des Leuchtens nach der Erregung eingeteilt werden. Ein Nachleuchten als unmittelbare Folge und Begleiterscheinung der Anregung bezeichnet man mit dem Begriff der Fluoreszenz, wohingegen Phosphoreszenz ein Nachleuchten von wenigstens 1/1000 Sekunde nach der Anregung beschreibt.

Durch die Anregung des Stoffes gelangen die Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband. Im Falle der Fluoreszenz rekombinieren diese Leitungselektronen unter Emission von elektromagnetischer Strahlung direkt wieder mit einer Elektronenleerstelle im Valenzband. Die Lichtintensität ist dabei direkt von der aktuellen Anregungsenergie abhängig.

Bei der Phosphoreszenz hingegen werden, durch in das Material eingebrachte Störstellen, metastabile Zwischenniveaus in der verbotenen Zone erzeugt, die so genannten Haft- bzw. Aktivatorterme. Im Grundzustand sind die Aktivatorterme mit Elektronen besetzt, die Haftstellen bleiben leer. Nachdem die Elektronen durch die Anregung vom Valenzband in das Leitungsband gehoben wurden, werden die entstandenen Defektelektronen mit Elektronen aus den Aktivatortermen aufgefüllt. Die freien Elektronen sind bestrebt mit den Defektelektronen aus dem Aktivatorterm zu rekombinieren. Dabei werden sie von den Haftstellen eingefangen. Es ist auch möglich, dass die Elektronen vom Valenzband direkt in die Haftstelle gehoben werden (direkte Anregung). Durch erneute Energieeinwirkung können diese Elektronen wieder in das Leitungsband gehoben werden und von dort aus unter Emission von Licht der Energie $\Delta E$ mit Defektelektronen aus dem Aktivatorterm rekombinieren.

Die Untersuchung der Lumineszenz beispielsweise bei Kristallen wird mittels des Phosphoroskops nach Becquerel durchgeführt.