螢光礦物的發光原理簡介

礦物的螢光並不是「反射」出來的電磁波，而是礦物在吸收我們肉眼看不見的紫外線能量之後，再由礦物「發射」出來的電磁波。這種發光的原理，可以概略地以組成物質的電子軌域和原子間振動的能階來解釋。

組成物質的原子，是以質子和中子所組成的原子核為中心，周圍環繞著電子。電子環繞原子核的軌域有許多不同的型態，電子以不同軌域繞行原子核時所具有不同的能量，而且特定軌域只能夠容納特定數量的電子（圖１）。一般情況下，組成原子的所有電子會從能量最低的軌域開始排列。位在能量最高軌域的電子，容易因會吸收外來的能量，而躍遷到更高能量的軌域。但此時的電子並不穩定，電子傾向躍遷回原來的軌域，並將能量以電磁波的形式釋放出來（圖２）。

由於電子位在每個不同電子軌域時所具有的能量不同（也不連續），因此我們將這些不同軌域之間的能量差距稱為能階。電子「只能」吸收足以讓它躍遷到其他能階所需要的能量，如果能量太多或太少，都不會電子所吸收。由於電磁波的波長和能量之間，可以透過蒲朗克定律來換算。所以原子會吸收特定波長的能量並造成電子躍遷，而電子躍遷回原本的軌域時，也會發射出同樣波長的電磁波。

如果是許多原子所構成的分子，或是許多分子進一步構成固態物質的晶體結構時，電子軌域的能階就會從單獨的層狀變成帶狀。螢光礦物通常具備一些特殊的原子，我們稱為活化原子（activator）。這些原子在吸收紫外線的能量之後，電子通常會從基態（Ground State）的最低能階（圖３-S₀的0）被提升到激發態（Excited State）的其中一個能階（圖３-S₁或S₂），像圖3中的綠色箭頭。此時電子所獲得的能量，會把能量以振動或轉動的形式釋放，回到激發態的最低能階（圖３-S₁的0），像圖3中的黃色波浪箭頭。最後，激發態的電子會從激發態回到基態，並放出螢光，像圖3中的紅色箭頭。

活化原子最大的特徵就是，它能量最低的激發態能階（Ｓ₁）與基態（Ｓ₀）能階之間的能量差距很大。當活化原子的能階要從激發態的最低能階回到基態時，能量會以電磁波的形式向外傳遞（圖３），如果電磁波的波長是在可見光的範圍，我們就會看見螢光。

電子的能階躍遷大多發生在非常短暫的時間中（約10^-7~10^-9秒）。但在少部分的狀況下，電子的能階躍遷會伴隨電子自旋方向的改變，使得電子進入三重激發態的能階（圖３右側的T₁），像圖3右側的藍色波浪箭頭。少數狀況下，電子會從三重激發態回到基態，並放出能量。這種能階變化需要比較長的時間（約10^-3~10²秒)。也就是說，當我們將紫外線的照射關閉之後，還會持續看見發光的現象一陣子，這就是所謂的磷光。

一般來說螢光礦物的發光原理就是這樣，但是部分螢光礦物還是有一些特殊的情況。以下我就介紹一些常見的螢光礦物，以及他們會發出螢光的原理。
→1.前言
→2.甚麼是螢光礦物？
→3.顏色、光線與電磁波
→4.螢光礦物的發光原理
→5.常見的螢光礦物
→6.妨礙螢光生成的「有害」元素
→7.準備紫外線燈具和螢光礦物