Приборы и устройства для формирования видимого изображения: Учебное пособие, страница 22

    Под светоотдачей ФЛФ понимают отношение испускаемого в данном диапазоне длин волн, воспринимаемого глазом человека светового потока  к мощности падающего на поверхность ФЛФ  излучения. Светоотдача зависит от многих факторов: коэффициента отражения УФИ и линейного коэффициента поглощения поверхности ФЛФ, длины волны и интенсивности УФИ, температуры и состояния поверхности ФЛФ (так, аморфные пленки не люминесцируют вообще), длительности импульса УФИ, присутствия тушителей люминесценции и т.д. Так, например, увеличение температуры приводит к уменьшению эффективности как генерации УФИ в разряде, так и квантового выхода фотолюминофора. Зависимость квантового выхода люминофора от его температуры описывается формулой:

                                      ,                              (4.2)

где  - либо глубина центра свечения при внешнем тушении, либо энергия активации тушения при внутреннем тушении (0,2..0,5 эВ), - значение соответствующей постоянной ( от 10⁴ до 10¹⁰).

 Кроме того, светоотдача зависит и от условий выхода видимого излучения: потерь на отражение от границ раздела подложка - ФЛФ и ФЛФ - газовая среда, потерь на поглощение в толще ФЛФ (для фотолюминофоров, работающих на просвет).

В современных отечественных и зарубежных газоразрядных индикаторах в основном применяются кислородсодержащие ФЛФ с оксианионами типа BO₃, PO₄, GeO, V₂O₃, SiO₄  и др. Составы и марки ФЛФ, наиболее широко применяемые в производстве, цвет свечения и время их послесвечения приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Основные марки и составы ФЛФ

Марка ФЛФ	Состав ФЛФ	t послесвечения, с	Цвет свечения
ФГИ-520-1	Zn2SiO4: Mn	4×10-2	Зеленый
ФГИ-528-1	То же	4×10-2	То же
ФГИ-515-1	BaAl12O19 : Mn	2×10-2	То же
ФГИ-627/593-1	YBO3 : Eu	6× 10-3	Красный
ФГИ-455-1	BaMg2Al16O27:Eu	5 × 10-4	Синий
ФГИ-455-2	То же	5× 10-4	Синий
ФГИ-545/585-1	(Zn,Be)2SiO4 : Mn	2,5 ×10-2	Желтый
ФГИ-490-1	Ba2TiO2 : P2O9	5×10-4	Белый

Для генерации видимого излучения в зеленой области спектра наиболее предпочтительным является состав на основе ортосиликата цинка, активированного марганцем. Для ФЛФ, активированных Mn, предполагается, что люминесцентный переход связан с изменением спина электрона. Конфигурация иона Mn²⁺ имеет вид 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d⁵. Основным состоянием является состояние со сферической симметрией (все спины параллельны); первое возбужденное состояние отвечает случаю, когда один спин перевернут. Различие энергий между этими состояниями равно 3,32 эВ для свободного иона. При взаимодействии иона с решеткой основания различие энергий между возбужденным и основным состояниями уменьшается в тем большей мере, чем сильнее взаимодействие. Поэтому в ФЛФ различных составов, активированных марганцем, максимум полосы излучения может находиться в различных участках спектра.

Выбором длительности и частоты следования импульсов возбуждающего излучения можно воздействовать на  кинетику разгорания и затухания ФЛФ, а также обеспечить оптимальный температурный режим.

В готовом индикаторе для создания условий эффективного преобразования энергии фотолюминофором можно выбором вида разряда  трансформировать спектральный состав (в соответствии со спектром возбуждения ФЛФ) и интенсивность УФИ. На рис. 4.1 и 4.2 приведены зависимости энергетического и квантового выхода  разных ФЛФ от энергии квантов возбуждающего излучения.

Наиболее предпочтительной является длина волны УФИ, при которой обеспечивается высокий квантовый и наибольший энергетический выход люминесценции.

4.2. Особенности разряда в индикаторах

Спектр излучения плазмы газового разряда зависит от рода газа, вида разряда и других условий. В зависимости от условий и вида разряда спектр может быть либо сплошным, либо линейчатым. Спектральные линии в области ультрафиолета дает излучение ионов или атомов газов с высоким потенциалом ионизации. Сплошной спектр излучает плазма высокотемпературных источников, в разряде которых выделяется большая мощность. Поток УФИ в разрядах разных типов генерируется в соответствии с различными физическими закономерностями. В случае установившихся, длительных по времени разрядов (плазма положительного столба тлеющего или дугового разрядов) излучение можно рассматривать как излучение абсолютно черного тела с температурой, равной температуре плазмы. При возбуждении сплошных спектров инертных газов-континуумов генерация излучения связана с образованием в плазме этих газов эксимерных молекул и молекулярных ионов.

Для возбуждения ФЛФ при одинаковой мощности УФИ целесообразно использовать сплошной спектр с меньшей максимальной интенсивностью, чем линейчатый того же диапазона, но с гораздо более высокой интенсивностью отдельных линий. Сплошные спектры инертных газов зависят от условий возбуждения и расположены в следующих диапазонах длин волн:

- неон - от74 нм до 100 нм,

- аргон - от 107 нм до 160 нм,

- криптон - от 124 нм до 180 нм,

- ксенон - от 150 нм до 220 нм.

Наибольшей яркостью отличается континуум ксенона, наименьшей - неона. По спектральному составу при возбуждении большинства используемых ФЛФ более всего требуемым длинам волн соответствует континуум ксенона, затем криптона.

В настоящее время в большинстве газоразрядных индикаторов используется излучение области отрицательного тлеющего свечения аномального тлеющего разряда. Исследования показали, что при используемых смесях с содержанием ксенона в несколько процентов и относительно невысоких давлениях газа в таком разряде основная доля излучения приходится на резонансную линию ксенона с длиной волны 147 нм. В положительном столбе и при больших давлениях генерируется континуум - сплошной спектр. Резонансное излучение сильно поглощается самим газом. Поэтому приходится уменьшать расстояние плазма - ФЛФ, что усложняет конструкцию и приводит к деградации свойств фотолюминофора.