光励起

光励起は、光子の吸収によって量子系の励起状態が生成されることです。励起状態は、光子と量子系との相互作用によって発生します。光子は、光子を運ぶ光の波長によって決まるエネルギーを運びます。^[1]より長い波長の光を放出する物体は、より少ないエネルギーを運ぶ光子を放出します。それとは対照的に、より短い波長の光は、より多くのエネルギーを持つ光子を放出します。したがって、光子が量子系と相互作用する場合、どの波長を扱っているかを知ることが重要です。より短い波長は、より長い波長よりも多くのエネルギーを量子系に伝達します。

原子および分子レベルでは、光励起は、光子のエネルギーが低すぎて光イオン化を起こせない場合に、光子の吸収によって電子が励起される光電気化学プロセスです。光子の吸収は、プランクの量子論に従って起こります。

光励起は光異性化において重要な役割を果たし、さまざまな技術で利用されています。

• 色素増感太陽電池は、光励起を利用することで、より安価な大量生産の太陽電池を実現しています。^[2]太陽電池は、できるだけ多くの高エネルギー光子を捕らえて吸収するために、大きな表面積を利用しています。波長が短いほど、エネルギーが豊富な光子を運ぶため、波長が長い場合に比べて、エネルギー変換効率が高くなります。そのため、波長が短い光は、色素増感太陽電池でのエネルギー変換に時間がかかり、効率も低くなります。
• 光化学
• 発光
• 光ポンピングレーザーは光励起を利用して、レーザー内の励起原子がレーザーに必要な膨大な直接ギャップゲインを得る。^[3]レーザーでよく使われる材料である化合物Geの反転分布に必要な密度は10 ²⁰ cm ^{−3になる必要があり、これは光励起によって得られる。光励起により原子内の電子が励起状態になる。励起状態の原子の量が通常の基底状態の原子の量より多くなった瞬間に、反転分布が発生する。}ゲルマニウムで起こるような反転により、材料がレーザーとして機能することが可能になる。
• フォトクロミズムの応用。フォトクロミズムは、光子を吸収することで分子の2つの形態の変化を引き起こします。^[4]たとえば、BIPS分子(2H-l-ベンゾピラン-2,2-インドリン)は、光子を吸収することでトランスからシスへ、またその逆に変換できます。異なる形態は異なる吸収帯に関連付けられています。BIPSのシス形態では、過渡吸収帯の値は21050 cm ⁻¹ですが、トランス形態の吸収帯の値は16950 cm ⁻¹です。結果は光学的に確認でき、ゲル内のBIPSは、高エネルギーUVポンプビームに繰り返しさらされた後、無色の外観から茶色またはピンク色に変化しました。高エネルギー光子はBIPS分子の変化を引き起こし、分子の構造を変えます。

原子核スケールでは、光励起には原子核内の 核子共鳴とデルタ重粒子共鳴の生成が含まれます。