觀點|「磷光」與磷沒關系，為什么要叫「磷光輻射」？

我們先扯點野史

為什么跟磷沒有關系卻要稱作磷光？因為先有的磷光（phosphorescence），后發現的磷（phosphorus）。

我們知道熒光（fluorescence）最初是在氟化物（fluoride）中觀察到的，所以斯托克斯(Sir George Stokes，Pembroke College)在1852年的一篇論文中創造了“熒光”這個詞。（按照命名邏輯，中文應該叫“氟光”，但是氟化鈣俗稱“螢石”，所以就取了“螢”這個字，現在寫作“熒”）

但是磷光剛好相反。“phosphor”這個單詞早在中世紀的時候就指的是一類經光照后可以在黑暗中繼續發光的物質。

1669年，德國的一位煉金術士Hennig Brand原本想從尿液中提取可以點石成金的魔法石（philosopher's stone），所以他在隔絕空氣的條件下連續加熱尿液，最后從幾百升的尿液中得到了一點點白色的物質（白磷），這個物質一接觸空氣就開始燃燒發光（自燃），后來就被稱為phosphorus （盡管和磷光現象沒有關系）. 所以“磷”是根據所謂的“磷光”命名的。

在十九世紀熒光和磷光被認為是同一種物理現象，只是時間長短的區別。這兩種現象在理論上的區分是在1962年完成的，不過這都是后話了。

下面步入正題：

一、什么是磷光

磷光是一種緩慢發光的光致冷發光現象。當某種常溫物質經某種波長的入射光（通常是紫外線或X射線）照射，吸收光能后進入激發態（通常具有和基態不同的自旋多重度），然后緩慢地退激發并發出比入射光的波長長的出射光（通常波長在可見光波段）。當入射光停止后，發光現象持續存在。發出磷光的退激發過程是被量子力學的躍遷選擇規則禁戒的，因此這個過程很緩慢。所謂的"在黑暗中發光"的材料通常都是磷光性材料，如夜明珠。

二、磷光和熒光什么關系

通常發光方式很多，但根據余輝的長短將晶體的發光分成兩類：熒光和磷光。余輝指激發停止后晶體發光消失的時間。 當處于基態的分子吸收紫外－可見光后，即分子獲得了能量，其價電子就會發生能級躍遷，從基態躍遷到激發單重態的各個不同振動能級，并很快以振動馳豫的方式放出小部分能量達到同一電子激發態的最低振動能級，然后以輻射形式發射光子躍遷到基態的任一振動能級上，這時發射的光子稱為熒光。熒光也可以說成余輝時間≤10^-8s者，即激發一停，發光立即停止。這種類型的發光基本不受溫度影響。 如果受激發分子的電子在激發態發生自旋反轉，當它所處單重態的較低振動能級與激發三重態的較高能級重疊時，就會發生系間竄躍，到達激發激發三重態，經過振動馳豫達到最低振動能級，然后以輻射形式發射光子躍遷到基態的任一振動能級上，這時發射的光子稱為磷光。當然，磷光也可以說成余輝時間≥10^-8 s者，即激發停止后，發光還要持續一段時間。根據余輝的長短，磷光又可以分為短期磷光（余輝時間≤10^-4 s）和長期磷光（余輝時間≥10^-4 s）。磷光的衰減強烈的受溫度影響。

三、機制

電子依照泡利不相容原理排布在分子軌道上，當分子吸收入射光的能量后，其中的電子從基態S₀（通常為自旋單重態）躍遷至具有相同自旋多重度的激發態。處于激發態的電子可以通過各種不同的途徑釋放其能量回到基態。比如電子可以從經由非常快的（短于10 秒）內轉換過程無輻射躍遷至能量稍低并具有相同自旋多重度的激發態，然后從經由系間跨越過程無輻射躍遷至能量較低且具有不同自旋多重度的激發態（通常為自旋三重態），再經由內轉換過程無輻射躍遷至激發態，然后以發光的方式釋放出能量而回到基態S₀。由于激發態和基態S₀具有不同的自旋多重度，雖然這一躍遷過程在熱力學上有利，可是它是被躍遷選擇規則禁戒的，從而需要很長的時間（從10 秒到數分鐘乃至數小時不等）來完成這個過程；當停止入射光后，物質中還有相當數量的電子繼續保持在亞穩態上并持續發光直到所有的電子回到基態。

四、發展

有的寶石在暗處會發光，如1603年，鮑絡納(Bologna)的一個鞋匠發現當地一種石頭(含硫酸鋇)經陽光照射被移到暗處后，會繼續發光。當時關于磷光的記載中描述：鮑絡納石經陽光照射，須孕育一段時間后才產生光。經過幾個世紀后，人們才弄清楚這一現象的發光原理與發光過程。1845年，Herschel報道硫酸奎寧溶液經日光照射后發射出強烈的光。