熒光作為一種特殊的光物理現象，廣泛存在于自然界與人類生產生活中。深入理解熒光的產生原理，掌握科學的熒光測試方法，對于相關研究與應用具有重要意義。本文將系統闡述熒光的基本原理，并介紹常見的熒光測試技術，構建對熒光現象的全面認知。

熒光原理

熒光是物質經某個特征波長激發光照射后，發出不同于激發光波長的光的物理現象。其本質是物質分子吸收了激發光的能量，短波長的激發光使其周圍的電子由基態躍遷到能量更高的第一激發態，或是第二激發態。在激發態的電子非常不穩定，它們會以多種不同的形式釋放能量，從而回到基態，這是一個很復雜的過程。

首先，高能級能帶上的電子以及第一激發態高能帶上的電子通過系統內能量轉換、振動弛豫等無輻射躍遷，回到第一激發態*低的能帶上；在第一激發態*低能帶上的電子通過輻射躍遷回到基態不同能帶上，這個過程中能量以光的形式釋放出來，這就是熒光。熒光衰減時間一般可以從皮秒到微秒量級。

在另一種情況下，在第一激發態*低能帶上的電子通過系統間跨越，釋放能量到三線態，進而由三線態輻射躍遷回到基態不同能帶上，在這個過程中能量也以發光的形式釋放出來，這個過程所發出來的光被稱之為磷光。相對在激發光消失后立刻淬滅的熒光來講，磷光的持續時間會明顯的變長。磷光的衰減時間一般可從微秒到秒量級，有的可以到十幾秒，甚至跨越更長的時間范圍。

熒光測試方法

熒光在時域上主要分為穩態熒光測試和瞬態熒光測試兩大類。

穩態測試是用連續光源激發樣品，樣品分子不斷吸收能夠從基態躍遷至激發態，再由激發態返回基態，在此過程以發光形式釋放能量，產生熒光。

由于光源的不斷激勵，所以發光過程是連續的、穩定的，被稱為穩態光譜。通過光譜的位置、形狀我們可以分析樣品的內部結構、能級分布、甚至結構是否存在缺陷。

穩態光譜，又可以分為激發光譜、發射光譜、偏振熒光、同步光譜、三維光譜等。

（1）激發光譜：固定樣品熒光的發射波長，掃描激發光波長，得到熒光強度與激發波長關系的譜圖，稱為激發光譜。

（2）發射光譜：固定激發波長，掃描樣品熒光的發射波長，得到熒光強度與發射波長關系的譜圖，稱為發射光譜。

（3）偏振熒光：實驗中激發光處理成線偏振光來激發樣品。當熒光分子受到偏振光的激發后，熒光分子的運動狀態，熒光分子與其他分子的相互作用，其所處的環境性質（溶液的粘度、溫度、濃度）都有可能對這個熒光分子受激發后產生的偏振光的性質產生影響。利于研究物質活動的內在規律，如樣品的各向異性等分析。

（4）同步光譜：發射波長與激發波長保持固定的間隔同時掃描，用于獲取樣品不同的吸收與發射峰相對位置。此間隔可以是等波長（Δλ），也可以是等能量（Δν）.

（5）三維光譜：以不同的激發波長激勵樣品，獲得對應的樣品的發射光譜，然后將其組合成在激發波長、發射波長和熒光強度三個坐標下的三維光譜。其結果可以直接反映樣品被不同波長的激發光激發下的熒光發光特性。

瞬態熒光是用脈沖光源激發樣品，樣品分子被瞬時光源從基態激發至激發態，在激發態的分子由于弛豫時間不同（在激發態的停留時間不同），在不同時刻返回基態，同樣地返回基態時會以光的形式釋放能量，通過獲取不同時刻的發光信息，得到的時域光譜就是樣品的衰減曲線，即是瞬態光譜，再通過對衰減曲線的擬合，得到樣品分子的壽命。

瞬態光譜可以從單波長衰減曲線和時間分辨發射光譜來進行研究。

（1）衰減曲線：用脈沖光源激勵樣品，獲取樣品特征波長的熒光衰減曲線，再經過擬合，得到樣品的壽命。

（2）時間分辨光譜：用脈沖光源激勵樣品，獲取在其發光波段內一系列不同波長處的熒光衰減曲線，通過時間切份、強度積分得到不同時間段的時間分辨光譜。

以穩態、瞬態熒光為基礎，配合不同的外部實驗環境和方法，比如高低溫臺、壓力裝置、磁體，可以得到不同溫度下、壓力下、磁場下的熒光光譜；

配合顯微光路，可以得到在微觀尺度下的樣品光譜或影像分析，我們的系統可以實現空間分辨精度達到1µm。

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