Антистоксова люминесценция

В отличие от классической люминесценции, для которой выполняется правило Стокса, в случае антистоксовой люминесценции возбуждаются молекулы вещества не из основного, а уже из возбуждённого состояния. Это происходит тогда, когда в системе есть три энергетических уровня, между которыми могут осуществляться переходы с выполнением ряда условий, а именно:

${\displaystyle {\begin{cases}h\nu '>h\nu \\\nu '>\nu \\\lambda '<\lambda .\end{cases}}}$ (1)

Энергетическая диаграмма показана на рисунке. Молекулы, находящиеся в возбуждённом состоянии ${\displaystyle E_{2}}$, совершают переход ${\displaystyle E_{2}\rightarrow E_{3}}$ под воздействием излучения фотонов с энергией ${\displaystyle h\nu }$, а затем переходят на уровень ${\displaystyle E_{1}}$, излучая фотоны уж с энергией ${\displaystyle h\nu '=E_{3}-E_{1}}$, при выполнении условий (1). Излучённые фотоны имеют энергию большую, а длину волны меньшую, чем поглощённые фотоны с энергиями ${\displaystyle h\nu }$. В результате наблюдается смещение спектра излучения в сторону меньших длин волн относительно спектра возбуждения.

Как правило, антистоксова люминесценция наблюдается при возбуждении вещества отдельной, узкой спектральной линией (монохроматическим светом). Увеличение энергии квантов излучения антистоксовой люминесценции происходит за счёт тепловой энергии движения атомов или молекул люминесцирующего вещества. Это приводит к уменьшению внутренней энергии вещества и, следовательно, к его охлаждению (т. н. эффект оптического охлаждения вещества). Особенно ярко этот эффект наблюдается при облучении вещества (как правило, сильно разряжённого газа) лазерным излучением соответствующей длины волны^[2]. Для усиления эффекта поток газа направляют навстречу лазерному лучу^[3].

Антистоксова люминесценция может иметь кооперативный характер, когда фотоны возбуждающего излучения поглощаются двумя атомами или молекулами вещества, а их энергия возбуждения передаётся центру свечения, испускающему фотон с энергией, равной суммарной энергии фотонов возбуждающего излучения^[4][5].

Изучение антистоксовой люминесценции помогает изучать многие свойства твёрдых тел, в частности, полупроводников и диэлектриков^[6][7][8].