Phổ của đèn LED

Theo tôi hiểu, một đèn LED phát ra một photon khi một electron bị kích thích rơi trở lại quỹ đạo thấp hơn và đây luôn là cùng một năng lượng (đọc: bước sóng). Vậy thì tại sao quang phổ của đèn LED lại là một đường cong hình chuông thay vì chỉ là một đường (có thể là một vài đường cho các chuyển đổi điện tử khác nhau)?

Nhiều lý do. Không đi sâu vào cơ học lượng tử, những lý do chính là:

• Nếu đèn LED không ở nhiệt độ không tuyệt đối, các nguyên tử của nó sẽ rung. Chất bán dẫn cho phép các sóng dọc và sóng ngang có nhiều bước sóng, tất cả diễn ra cùng một lúc theo các cách được mô tả bởi nhiệt động lực học. Chúng được lượng tử hóa, giống như mọi thứ khác, và được gọi là "phonon" Năng lượng và động lượng của các phonon tương tác với các trò hề thông thường của electron và photon. Bạn nhận được một sự lan truyền của năng lượng photon đi ra.
• Ngay cả khi một phonon không trao đổi năng lượng / động lượng với electron hoặc photon, chỉ vì mạng tinh thể đang chuyển động, bạn sẽ có được sự dịch chuyển Doppler trong ánh sáng phát ra.
• Heisenberg nói rằng bạn không thể đo cả năng lượng và khoảng thời gian với độ chính xác cao nhất. Đây không thực sự là về đo lường nhưng tạo ra các photon có năng lượng cụ thể. Một electron bị kích thích đến trạng thái cao hơn, sau đó quay trở lại. Để có sự thay đổi năng lượng hoàn toàn chính xác trong một hệ lượng tử, bạn phải cho phép nó có một khoảng thời gian vô hạn để thiết lập các trạng thái ban đầu, trung gian và cuối cùng. Chờ đợi lâu sẽ làm cho một đèn LED mờ! Các quá trình tạo photon trong đèn LED thực sự diễn ra nhanh chóng, theo thứ tự picosecond hoặc nano giây. Các photon phát ra sẽ nhất thiết phải có sự lan rộng của các giá trị.
• Mặc dù các chất bán dẫn được sử dụng trong các linh kiện điện tử rất tinh khiết, với lượng chất khử được kiểm soát cẩn thận được thêm vào, chúng không bao giờ hoàn toàn nguyên chất. Có những tạp chất không mong muốn, và các nguyên tử dopant mà chúng ta muốn, được phân phối ngẫu nhiên. Mạng tinh thể không hoàn hảo. Các mức năng lượng chính xác mà một điện tử có thể chọn là rất đa dạng và phụ thuộc vào vị trí. Một chất bán dẫn lý tưởng có các dải năng lượng được phép và năng lượng bị cấm được xác định rõ. Trong một cấu trúc bán dẫn không hoàn hảo, chúng có các cạnh mờ. Vì vậy, bạn nhận được một loạt các bước sóng cho ánh sáng phát ra.

Tôi chưa đề cập đến ảnh hưởng của các spin điện tử và hạt nhân, hoặc các đồng vị khác nhau, có khối lượng khác nhau, làm tăng thêm sự không hoàn hảo của mạng tinh thể. Bạn có thể tưởng tượng tại sao các nhà vật lý của chúng ta có một thời gian tuyệt vời để nghiên cứu các chi tiết của quang phổ ánh sáng từ các vật liệu phát sáng.

Tôi đoán rằng năng lượng dự phòng quỹ đạo không hoàn toàn không đổi, nhưng phụ thuộc (một chút) vào vùng lân cận của nguyên tử, ví dụ như nó chính xác như thế nào trong lưới, vị trí của các tạp chất gần đó, nếu các nguyên tử của các đồng vị khác nhau có liên quan đồng vị của nguyên tử, v.v.

Ngoài những gì người khác đã nói, vỏ đèn LED (các bit nhựa trong) được pha tạp / trộn với các photpho hấp thụ một số ánh sáng, sau đó truyền năng lượng ở các cộng hưởng phân tử của chúng (đọc: màu của chúng). Phosphor không cần phải là các phân tử hoặc hỗn hợp đơn giản - chúng sẽ phát ra một số năng lượng ở cường độ khác nhau, tùy thuộc vào năng lượng và cường độ photon tới, định hướng tinh thể, nồng độ hỗn hợp, v.v.

Theo như những gì người khác nói, các photon được tạo ra bởi một đèn LED đi qua khá nhiều nguyên tử để đến nhãn cầu hoặc máy dò của bạn, truyền năng lượng vô số lần, tạo ra sự phân bố Fermi (mô tả năng lượng lượng tử của một hệ thống rời rạc) (mô tả vĩ mô của các phép đo thực).