1.3.2 稀土发光材料的发光原理

物质发光现象被大致分为两类：一类是物质受热，热辐射发射光；另一类是物体受激发吸收能量跃迁至激发态，返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。稀土化合物作为基质和稀土元素作为活化剂的发光材料属后一类，即为稀土类荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级，稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。

稀土元素电子层结构的特点有：镧系元素电子在4f轨道上填充，4f轨道的角量子数l=3，磁量子数m可取-3、-2、-1、0、1、2、3等7个值,即4f亚层具有7个4f轨道，由Bauli不相容原理可知，一个原子轨道只能容纳自旋相反的两个电子，所以4f亚层只能容纳14个电子，则镧系原子电子依次从0增加到14[8]。镧系元素原子的电子层结构有[Xe]4f116s2和[Xe]4fn-15d16s2两种，虽然钪和钇没有4f电子，但其外层具有（n-1）d1ns2的电子层构型，因此也将它们划为稀土元素[9]。

目前稀土描述激活发光材料的发光机理中最具有代表性的就是晶体场理论和J-O理论。其中，晶体场理论认为，渗入到晶体中的稀土离子收到周围晶格离子产生的晶体场的影响，离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化，稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心进而发光，中心发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的[10]。J-O理论是由B.R. Jubb和G.S.Ofelt共同创立的，用来研究稀土离子辐射跃迁理论模型，利用基态到激发态跃迁的吸收峰的积分强度，计算出电偶极跃迁和电多级跃迁的阵子强度，进一步计算出各跃迁几率。