Wie „löscht“ Infrarotlicht die Phosphoreszenz auf Zinksulfid?

Ich habe einige Zinksulfidplatten in meinem Keller gefunden, die bis zu 24 Stunden lang grün phosphoreszieren, nachdem sie hellem Licht im violetten Bereich oder kürzer ausgesetzt wurden. Eines der ersten Dinge, die ich ausprobiert habe, war, mit einem violetten Laserpointer (405 nm, 5 mW) darauf zu zeichnen, und wie erwartet zeichnet er helle Linien. Überraschender fand ich, dass ich die phosphoreszierenden Linien „löschen“ kann, wenn ich meinen grünen Laser darauf fokussiere. Ich habe mit einigen Farbfiltern festgestellt, dass es Infrarot bei 1064 nm ist, das aus dem grünen Laser austritt, der die Löschung verursacht. Dieses Löschen scheint das Panel in keiner Weise zu beschädigen, sobald es gelöscht ist, kann der gelöschte Fleck normal wieder mit voller Helligkeit beleuchtet werden.

Wie löscht dieses Infrarotlicht das Panel und wie effektiv wären andere Infrarotwellenlängen dabei?

Versuchen Sie, eine TV-Fernbedienung zu verwenden, um mehr Spaß beim Testen zu haben :) [Hinweis: Sie können die IR-Strahlen einer Fernbedienung erkennen, indem Sie sie auf eine Kamera richten]

Antworten (3)

Danke an @Manishearth für die Bearbeitung

Bei normaler Phosphoreszenz befinden sich die Atome in einem „metastabilen“ Zustand – in dem sich Elektronen auf einem höheren Energieniveau befinden, aber aufgrund teilweiser Stabilität nicht sofort in den Grundzustand kommen. Die Elektronen kommen langsam herunter, wodurch das (relativ) lang anhaltende Leuchten entsteht.

Das IR-Licht befreit die Elektronen von der flachen metastabilen Falle. Es ist wie bei der üblichen chemischen Reaktion, bei der das IR-Licht genügend Aktivierungsenergie liefert, um die Barriere zu überwinden. Grundsätzlich befördert das IR-Licht die Elektronen auf ein höheres, nicht metastabiles "Energieniveau" (virtueller Zustand). Von hier aus springt das Elektron fast sofort nach unten – und gibt seine gesamte Energie ab. Anstatt also, dass die Elektronen wie bei normaler Phospheszenz nach unten rieseln, kommen sie alle in einem Sturzbach herunter.

Das gleiche Experiment wurde von diesem Typen durchgeführt: http://ajp.aapt.org/resource/1/ajpias/v29/i3/pxxv_s2

Der Effekt wurde mit der Annahme erklärt, dass die langwellige Strahlung Elektronen aus flachen Fangzentren befreit, in die sie gefallen sind, nachdem sie durch das ultraviolette Licht zum Leitungsband angeregt worden sind. Die freigesetzten Elektronen rekombinieren schnell mit ionisierten Leuchtzentren unter Emission von Licht. Neuere Untersuchungen weisen darauf hin, dass wahrscheinlich auch andere Prozesse beteiligt sind.

Also IR ≈ thermische Wellenlänge des Systems ist in diesem Fall wahrscheinlich ein Zufall
Untersuchung zur Tiefe der Elektronenfalle: rspa.royalsocietypublishing.org/content/184/999/365
Ich hoffe, dass alle diese Zeitschriften in <5 Jahren frei zugänglich sein werden ...
Das schüttelt also im Grunde eine flache Schale, die eine Murmel hält, wodurch sie über die Kante auf einen glatten Abhang rollt, der sie schnell zu Boden fallen lässt? Ich wusste, dass leuchtende Zentren die Elektronen für ungewöhnlich lange Zeit einfangen können, aber das gibt mir ein ganz anderes Bild von den einzelnen Prozessschritten. Hmm .... Ich nehme an, es gibt auch hier ein Intensitätsproblem, da der Infrarotstrahl, den @ 0x5f3759df (denkwürdig!) Vermerkt, wahrscheinlich der vorfrequenzverdoppelte tiefe Infrarotstrahl ist, der optisch vom kaum sichtbaren Diodenlaserstrahl gepumpt wird? (Wie stellen sie grüne Laser billig her?)
Ja, das ist für die Phosphoreszenz. Sie haben wahrscheinlich Recht, denn der IR-Strahl von @ 0x5f3759df (einprägsamer als 0x5f375a86) ist die vorverdoppelte Frequenz des Lasers. Gerade diesen Hinweis zum grünen Laser entdeckt (Erzeugung der 2. Harmonischen, nichtlinear != 2-Photonen-Anregung): optics.arizona.edu/kost/Lecture%20notes/…
Netter Ref, danke, & ja, das 2-Photon ist ganz anders.

Ich bin mir nicht sicher, Kommentare sind willkommen.

Update: Siehe die Antwort von @pcr - sie verlinkt auf die richtige Erklärung. Dabei fördern die IR-Strahlen, anstatt wie gesagt eine stimulierte Emission durchzuführen, das eingefangene Elektron in einen höheren nicht-metastabilen Zustand. Von dort geht es wieder runter. Der Rest ähnelt meiner Antwort - ersetzen Sie "unterer Zwischenzustand" durch "höherer Zustand" und entfernen Sie den Teil der stimulierten Emission.

Für mich sieht es so aus, als ob eine stimulierte Emission auftritt.

Phosphoreszenz funktioniert, indem Elektronen auf ein Energieniveau angeregt werden, auf dem sie irgendwie stecken bleiben. Sie kommen langsam in den Grundzustand herunter (wie in nur wenigen auf einmal), und jedes Elektron, das in den Grundzustand herunterkommt, emittiert ein Photon mit charakteristischer Farbe. Durch die Langsamkeit des Ganzen wird uns eine ganze Weile Licht.

Hier beleuchten Sie es. Was passiert, ist, dass Photonen einer bestimmten Wellenlänge das "steckengebliebene" Elektron dazu anregen, in einen anderen Zustand zu gelangen - nicht in den Grundzustand, da Sie sagten, dass das Licht, das Sie beleuchtet haben, IR ist und ZnS normalerweise im sichtbaren Bereich liegt. Von diesem anderen Zustand springt es in den Grundzustand. Dieser gesamte Prozess ist schnell, so dass im Grunde alle eingefangenen Elektronen auf einmal abgeladen werden. Ich schätze, dies sollte von einem Lichtblitz begleitet werden, aber er kann im Vergleich zum Laser zu schwach sein, um gesehen zu werden.

Wenn dies der Fall ist, sind die meisten anderen IR-Wellenlängen unwirksam. Nur eine Wellenlänge, die einem Übergang zwischen dem "hängengebliebenen" Energieniveau und einem niedrigeren Niveau entspricht, wird funktionieren.

Hinweis: Wie @TerryBollinger unten anmerkt, kann der Mechanismus auch eine Variante der Zwei-Photonen-Emission beinhalten . Es ist nicht erforderlich, dieses Phänomen zu erklären; Der obige Mechanismus scheint alle Grundlagen abzudecken, aber es ist immer noch eine Möglichkeit.

Manishearth, könnte dies eine stimulierte Emission über eine Variante der Zwei-Photonen-Anregung sein? Der zweite Absatz dieses Wikipedia-Abschnitts beschreibt die Idee im Zusammenhang mit Fluoreszenzeffekten.
@TerryBollinger: Es könnte sein, aber ich sehe nicht, wie das funktionieren würde ... Zwei-Photonen-Anregung ist, nun ja, "Anregung". Erregung braucht Energiezufuhr. Andererseits braucht ein angeregtes Atom keine Entschuldigung, um zu emittieren. Wenn es in einem metastabilen Zustand ist, dann ist alles, was es bekommen kann, eine Entschuldigung, um schneller zu emittieren. Wir haben bereits die Entschuldigung geliefert, keine Notwendigkeit, es zu verkomplizieren. Wie auch immer, der Grund, den ich angegeben habe, ist ein Multiphotonenbeispiel: ein Photon zum Anregen (sd üblich), eines, um es vom metastabilen zu stoßen, ein weiteres, das in dieser Erhebung emittiert wird, und eines, das emittiert wird, wenn es um den Boden geht.
Aber ich bin mir dessen nicht sicher - ich kenne den genauen Mechanismus hinter all dem nicht. Könnten Sie näher erläutern, wie die Zwei-Photonen-Anregung funktionieren würde?
Leider bin ich kein Experte. Ich bin darauf gestoßen, als ein Freund in der Neurophysiologie es für die Sondierung von Neuronen erwähnte – es scheint ein wirklich heißes Thema auf diesem Gebiet zu sein. Die Idee ist einfach: Wenn zwei oder mehr Photonen, die zusammen die erforderliche Energie für einen Anregungssprung ergeben, zur "gleichen" Zeit eintreffen, wird der Sprung ziemlich genau so möglich, als ob nur ein Photon mit derselben Gesamtenergie angekommen wäre. Ich habe noch nie von einer so abwegig klingenden Idee gehört, aber für manche Gemeinden geht es heutzutage um Fleisch und Kartoffeln. Interessanterweise zerstörte es auch mein Postulat, dass Star Wars-Hologramme unmögliche Physik sind.
Ups, Entschuldigung, ich habe gerade Ihren ersten Kommentar gesehen. Die Wahrheit ist, dass ich wegen der merkwürdigen Infrarotverbindung, die mich sofort an einige der Zwei-Photonen-Arbeiten erinnerte, bei denen zwei Infrarotphotonen sowie eins als ein (sagen wir vielleicht grünes) Photon anregen, etwas wild spekuliere. Meine Spekulation müsste also bestätigt werden, dass die doppelte Wellenlänge genauso gut gelöscht wird wie die Infrarotwellenlänge, wenn sie symmetrisch ist. Eine weitere Option: Die Infrarotphotonen könnten zu Umgebungsphotonen hinzugefügt werden, um eine asymmetrische Zwei-Photonen-Anregung auf ein minimales Niveau zu erreichen, das erforderlich ist, um die freien Elektronen wieder auf den Boden zu stoßen.
@TerryBollinger: [Selbst ich bin hier kein Experte - die metastabile/stimulierte Emission war das einzige, was mir einfiel] Hmm, klingt interessant und unmöglich: P. Würde es nicht ein geschicktes Timing erfordern? AFAICT wäre es völlig unmöglich, wenn die Photonen auch nur einen kleinen Zeitunterschied hätten. Aber ja, ich denke, auch hier wäre eine Zwei-Photonen-Anregung möglich, obwohl ich nicht verstehe, warum dies erforderlich ist, um dies zu erklären (Occams Rasiermesser). Es wäre besser, wenn jemand mit mehr Erfahrung auf diesem Gebiet dies beantwortet hätte :/
Multiphoton ist stark intensitätsabhängig, weshalb es für Biosonden praktisch ist. Die Intensität übersetzt sich in Ihr Timing-Problem, denke ich, über ein bisschen Quantenunsicherheit. Auch hier nicht intuitiv, aber sehr viel täglich verwendet. Ich schließe mich der Einschätzung Ihres Occam an: Es gibt keinen Beweis dafür, dass Sie sich die Mühe machen müssen. Bei Problemraumanalysen ist es jedoch immer gut, die gesamte Palette der Optionen zu kennen , die möglicherweise ins Spiel kommen könnten . Also, ich hätte Multiphotonen immer noch als möglichen relevanten Parameter erwähnt, aber ich stimme Ihnen auch entschieden zu, dass es keinen Indikator dafür gibt, dass es notwendig ist.
@ Terry Ja, ich stimme zu - schließlich muss jemand, obwohl wir spekulieren, bereits den tatsächlichen Grund kennen, und Occams gilt nicht wirklich für bekannte Dinge. Ich werde das auch zur Antwort hinzufügen..
@TerryBollinger , wir haben uns beide geirrt, @pcrhaben es richtig verstanden.
Nette Diskussion und eine ausgezeichnete abschließende Antwort!

Es ist bemerkenswert, dass dieses Phänomen tatsächlich bis ins späte 19. Jahrhundert in der Literatur beschrieben wird. Und hier ist ein schönes Papier aus dem Jahr 1911, das es ausführlich beschreibt. (Und kostenlos erhältlich!)

http://adsabs.harvard.edu/full/1911ApJ....34..173I

Wie „löscht“ Infrarotlicht die Phosphoreszenz auf Zinksulfid?
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