波長シフター

波長シフターとは、高周波の光子を吸収し、低周波の光子を放出する蛍光性物質である。この物質は1つの光子を吸収し、1つまたは複数の低エネルギー光子を放出する。励起された分子の緩和時間は通常ナノ秒オーダーである。

波長シフターは、粒子物理学において、粒子検出器でシンチレーション光やチェレンコフ光を収集するためによく使用されます。アクリル板や光ファイバーなどの材料は、通常、波長シフト分子をドープするか、波長シフト塗料でコーティングされます。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

波長シフト技術は^、 IceCube [ ^{4 ] [ 5 ]}、Super-Kamiokande ^{[ 6 ]}、またはその後継機であるHyper-Kamiokande ^{[ 7 ]}のような低バックグラウンド超新星ニュートリノ検出器にとって特に興味深いものです。ここで、波長シフターは 2 つの利点を提供します。これらのタイプの検出器は、ニュートリノ相互作用から媒質中の光の位相速度よりも速く移動する二次粒子からのチェレンコフ放射の放出に基づいているため、 UV領域のより多くの光子を吸収し、それらを従来のPMTで検出可能な可視領域にシフトすることは有益です。さらに、波長シフターを使用すると、標準的な PMT ベースのセンサーと比較して、より広い収集領域を費用対効果の高い方法でカバーできます。波長シフト技術を使用するセンサーの例としては、IceCube 検出器の拡張用に想定されている波長シフト光学モジュール (WOM) ^{[ 8 ] [ 9 ]があります。}

さらに、波長変換材料を用いることで、エネルギーが「高すぎる」光子を複数の「ちょうど良い」エネルギーの光子に変換し、光起電力セル（太陽電池）の効率を高めることができる。

科学的な用途以外にも、波長シフターは吸収体の代わりにプラスチックの耐紫外線性を実現するために使われることがあります。波長シフターは蛍光灯やLEDで紫外線を可視光スペクトルにシフトするためにも使われ、ほとんどの場合、これは波長シフターとみなせる蛍光体で行われます。${\displaystyle >1\,}$（ミリ秒）弛緩時間。

有機波長シフターは通常、1つ以上のベンゼン環（例：de:1,4-ビス(2-メチルスチリル)ベンゼンまたはp-テルフェニル）を含み、$\displaystyle \sigma _{s}}$そして$\displaystyle \sigma _{p}}$これらの結合は、光子の吸収・放出および分子内でのエネルギー輸送において重要な役割を果たします。分子の構造を変化させることで、場合によっては受光波長と放出波長の調整が可能になります。波長シフトはフランク・コンドン原理によって生じ、余剰エネルギーは通常フォノンの形で放出されます。

ほとんどの有機波長シフターは平面分子であるため、結晶化すると分子間のエネルギー交換によって波長シフト効率が低下する。一方、近年の研究では、分子が凝集することで回転エネルギーとして蓄積できるエネルギーが制限されるため、逆の効果を示す3次元波長シフターも開発されている。

波長シフターは通常、吸収スペクトルと発光スペクトルを生成するのに十分な幅を持つ多数の吸収線と発光線を有しています。吸収スペクトルと発光スペクトルの分離は、いわゆるストークスシフトによって定義されます。