阴极发光显微镜

中文名:阴极射线发光

释义:电子束激发发光材料引起的发光。

英文名:cathode-ray luminescence

最常见的阴极射线发光是电视、雷达、示波器、计算机的荧光屏的发光。这是目前最重要的显示手段。这种发光的激发过程是:能量大约在几千电子伏以上的高速电子打到荧光粉表面时，大部分都可进入材料内部。产生速度越来越低的"次级"电子，直到发光体中出现大量的能量在几电子伏到十几电子伏的低速电子。主要是这些低能量的电子激发发光材料。入射电子的能量一般大于几千电子伏，因此一个入射电子在一微米左右的距离内可能产生上千个有激发能力的次级电子，激发密度很高。另一方面，由于次级电子的能量分布在几电子伏到十几电子伏的很宽范围内，因而能将发光体激发到多种激发态。所以，许多物质在阴极射线激发下容易发光。

射入荧光屏的电子如不及时传导出去而积累起来，荧光屏就会带负电，并使后来到达的电子受到排斥作用，因而使发光减弱下来。荧光粉多数是绝缘体，又涂在玻璃上，因此在制作阴极射线管时必须考虑如何导出入射的电子，以保持屏的电势不变。通常的办法是在粉屏上薄薄地盖一层铝，将铝层接正极。也可以选择适当的电压，使逸出的次级电子数目和进入屏内的电子数目相等，避免电荷积累。

为了得到较高的亮度，加速电子的电压通常在几千伏以上,彩色电视甚至高达二、三万伏。这样,发光屏的亮度就可亮到白天也可以看电视。投影电视是将荧光屏上的影像投射到约1平方米的大屏幕上,这就要求原来的荧光屏有更高的亮度。军用飞机座舱里所用阴极射线管显示，亮度也要求很高。投影电视和座舱显示的荧光屏亮度一般为日光灯表面亮度的几倍，甚至10倍以上。但并不是所有的阴极射线发光都使用高电压。所谓荧光数码管(也叫真空荧光管)就是只用20~30伏电压的阴极射线发光显示。这里用的发光材料是ZnO,它的导电性能很好，因此可以用低压大电流激发而不导致电荷积累。由于电流达1毫安以上(电视上只达微安量级),所以亮度相当高。某些发光材料经过特殊处理，也可以在低压下发较强的光。

由于阴极射线发光需要在真空中进行，用它做的器件不能太大，是技术上的一个限制。阴极射线发光还可以作为一种分析手段来研究物质的结构和成分。扫描电子显微镜就有专门的检测发光的部件，可以观察样品的阴极射线发光像，并同样品的形貌像以及次级电子像进行对比。最近更发展到测量微区的阴级射线发光的强度、光谱和余辉，从而获得微区内物质的结构、缺陷和杂质情况的信息，这对材料科学有很大的作用。

空心阴极灯(hollow cathode lamp,HCL)是一种特殊形式的低压气体放电光源，放电集中于阴极空腔内。当在两极之间施加200V-500V电压时 ，便产生辉光放电。在电场作用下，电子在飞向阳极的途中，与载气原子碰撞并使之电离，放出二次电子，使电子与正离子数目增加，以维持放电。正离子从电场获得动能。如果正离子的动能足以克服金属阴极表面的晶格能，当其撞击在阴极表面时，就可以将原子从晶格中溅射出来。除溅射作用之外，阴极受热也要导致阴极表面元素的热蒸发。溅射与蒸发出来的原子进入空腔内，再与电子、原子、离子等发生第二类碰撞而受到激发，发射出相应元素的特征的共振辐射。与此同时，HCL所发射的谱线中还包含了内充气、阴极材料和杂质元素等谱线。

因为灯内填充气体压力低，压力变宽很小;阴极温度较低，热变宽也很小;同时，因为气体密度低，自吸变宽也不存在。 HCL基本满足发射谱线的半宽度窄、谱线强度大且稳定、谱线背景小、操作方便和经久耐用等锐线光源的基本要求。并且，当采用较大的灯电流时，HCL所发射谱线半宽度变宽和谱线强度增高，此时检测器的负高压降低，吸光度读数稳定。