Fotoekscitacija

Fotoekscitacija je apsorpcijska proizvodnja pobuđenog stanja fotonskog kvantnog sistema. Pobuđeno stanje potiče od interakcije između fotona i kvantnog sistema. Fotoni nose energiju koja je određena talasnim dužinama svetlosti koja nosi fotone. Objekti koji emituju svjetlost većih talasnih dužina, emituju fotone koji nose manje energije. Za razliku od toga, svjetlost kraćih talasnih dužina emituje fotone sa više energije. Kada foton stupi u interakciju sa kvantnim sistemom, važno je znati s kojom talasnom dužinom se radi. Kraća talasna dužina će prenijeti više energije kvantnom sistemu nego duže talasne dužine.

Fotoekscitacija kristala

Na atomskoj i molekulskoj skali fotoekscitacija je fotoelektrohemijski proces elektronska ekscitacija fotona apsorpcijom, kada je energija fotona preniska da izazove fotoionizaciju. Apsorpcija fotona se odvija u skladu s Planckovom kvantnom teorijom.

Fotoekscitacija ima ulogu u fotoizomerizaciji i koristi se u različitim tehnikama:

• Solarne ćelije osjetljive na boju koriste fotoekscitaciju tako što je upotrebljavaju u jeftinijim solarnim ćelijama za masovnu proizvodnju. Solarne ćelije se oslanjaju na veliku površinu, kako bi uhvatile i apsorbirale što više fotona visoke energije. Kraće talasne dužine su efikasnije za konverziju energije u poređenju sa većim talasnim dužinama, pošto kraće talasne dužine nose fotone koji su bogatiji energijom. Svjetlost koja sadrži kraće valne dužine stoga uzrokuje dužu i manje efikasnu konverziju energije u solarnim ćelijama osjetljivim na boje.
• Fotohemija
• Luminiscencija
• Optičko pumpanje laseri koriste fotoekscitaciju na tako što pobuđeni atomi u laserima dobijaju enormno povećanje direktnog razmaka potrebnog za lasere. Gustoća koja je potrebna za inverziju populacije u spoju Ge, materijalu koji se često koristi u laserima, mora postati 10²⁰ cm⁻³ a to se postiže fotoekscitacijom. Fotoekscitacija dovodi do toga da elektroni u atomima pređu u pobuđeno stanje. U trenutku kada je količina atoma u pobuđenom stanju veća od količine u normalnom osnovnom stanju, dolazi do inverzije populacije. Inverzija, poput one izazvane germanijem, omogućava materijalima da djeluju kao laseri.
• Fotohtromne aplikacije: Fotohromizam uzrokuje transformaciju dva oblika molekula apsorbiranjem fotona. Naprimjer, BIPS molekula (2H-l-benzopiran-2,2-indolina) može se pretvoriti iz trans u cis i nazad apsorbiranjem fotona. Različiti oblici su povezani s različitim apsorpcijskim trakama. U cis-oblicima BIPS-a, prolazna apsorpciona traka ima vrijednost od 21050 cm⁻¹, za razliku od trake iz trans-forme, koja ima vrijednost od 16950 cm⁻¹. Rezultati su bili optički vidljivi, gdje se BIPS u gelovima pretvorio iz bezbojnog izgleda u smeđu ili ružičastu boju nakon višestrukog izlaganja visokoenergetskom UV zračenju pumpe. Visokoenergetski fotoni uzrokuju transformaciju u molekuli BIPS čineći joj promjenu strukture.

Na nuklearnoj skali, fotoekscitacija uključuje proizvodnju nukleonske i delta barionske rezonancije u jezgrima.