［摘要］從寶石(礦物)的化學組成都具有陰、陽離子的異價類質同象，引起晶格缺陷，產生施主—受主能級，縮短了禁帶寬度，在外場作用下電子從陷井中向受主能級或價帶躍遷釋放光量子而發光的模型，最后介紹了礦物發光的應用。
［關鍵詞］激活劑；施主能級；受主能級；磷光體；陷井；光量子；躍遷
自然界中在外場作用下能發光的礦物為數甚多，但在寶石中卻很少。礦物的發光性是礦物物理學研究的內容之一，也是礦物學對某些礦物鑒定、鑒別的一種手段。從20世紀60年代開始礦物的熱發光性能受到地質界人士的日益重視，試圖解決礦物、巖石的地質年齡、巖相古地理、沉積環境、地層對比選礦找礦等。筆者僅就寶石礦物發光性機理及對寶石礦物的鑒定、鑒別和應用進行初步討論。
在外場作用下發光的寶石礦物
礦物發光的概念
礦物在加熱、加壓、溶解以及各種光輻射(包括紫外線燈發出的紫外線、陰極射線和其他短波射線等)能產生可見光的現象稱之為礦物的發光。發光可分為磷光和熒光，在外場持繼作用下發光的稱為熒光，去掉外場作用后仍在發光的稱為磷光。
發光寶石礦物及其成分特征
為了說明寶石礦物的發光機理和應用，現以下述礦物的成分特征和發光特點分述如下：綜合所述，所有具有熒光的寶石礦物都含有不等量的陰、陽離子類質同象組分，這些類質同象組分與主要陰陽離子的電價不同，這就必然產生晶格中的電價不平衡，或者產生各類空穴或電子心，導致形或施主(Donor)受主(host)能級，這些能級的形成導致寶石礦物的發光。
寶石礦物發光機理和模型
礦物的發光性日益受到各界科技人員的重視，但是對礦物(寶石)發光機理的研究還不夠深入，所構制的物理模型還不能完全適合天然礦物的復雜性。一些學者所建立的發光模型也不盡相同，然而較為統一的認識是在發光體中賦存有激活劑原子(異價類質同象)和由此產生的晶體缺陷而導致礦物發光，是大多數學者所公認的。
(=)晶體缺陷的存在是礦物發光的理論基礎，縱觀這些發光的礦物(寶石)都具有陰、陽離子不等價的類質同象現象。晶格中這些異價類質同象稱為發光體的激活劑，按照基質，激活劑次序標記磷光體(也即發光體)，例如磷光體閃鋅礦標記為zns、cu，zns為基質，cu為激活劑。磷光體除了必須含有激活劑之外，還有的含有助溶劑或稱共同激活劑，共同激活劑對于發光本身無作用，它有助于激活劑和基質的聯系，即有助于激活劑進入晶格。
(!)能帶理論與礦物發光模型：能帶理論為礦物發光動力學理論奠定了基礎。能帶理論認為寶石礦物基質中的陽離子所形成的能量帶在導帶內；陰離子所形成的能量帶位于低能量的價帶，在導帶與價帶之間是沒有能級存在的，導帶與價帶之間的萬方數據表! 一些寶石礦物的成分特征及發光模型在DE 紫外光下，淺褐色和粉紅色黃玉是橙—黃色；藍色和無色黃玉有時可呈弱的綠黃色。在短波紫外光下，呈明顯的淺綠色熒光
距離稱為帶隙寬度(也稱禁帶)。寶石礦物均為透明礦物，屬絕緣體，帶隙寬度在%4*以上。如果這些礦物不含任何異價類質同象物質，這些礦物均是透明而不發光的，但是如果這些礦物含有異價類質同象(也可稱為激活劑)后，破壞了基質晶格的均一性產生晶體缺陷，晶體中出現電子心———空穴心，這些心對基質晶格能級的影響便在導帶下面形成一新的能階稱為施主能級；在價帶頂部形成受主能級。
電子受激發吸收能量(也可稱光量子)可以使電子由低能級向高能級躍遷；反之電子由高能級向低能級躍遷會釋放光量子(放出能量)而發光。由于寶石礦物均為絕緣體，帶隙寬度在%4*以上，電子無法從導帶向價帶躍遷而放出光量子(發光)，如在導帶下部能形成一個低于導帶能級，這個能級能捕獲來自導帶的電子(也可稱這個能級為施主能級或陷井)，這時在外場作用下陷井中的電子可以向低能級受主能級或價帶躍遷放出光量子而發光。這就是能帶理論為基礎的發光模型。
下面再以鉆石為例說明其發光原理，鉆石學名是金剛石，其主要成分是單質!"#，為本征半導體不導電，但是天然產出的金剛石均含有少量的$%#和-.%#等異價類質同象，$(-.形成了施主—受主雜質產生施主—受主能級由$%#的含量不同以及在晶第%期楊吉：礦物及寶石的發光機理和應用"7
體結構中的占位不同所產生的施主—受主能級間的躍遷矩也不同，因而在紫外線燈作用下，有的發藍色、有的發黃色等熒光。
圖! 在禁帶中具有施主—受主級參加的躍遷略圖
場致發光的應用
礦物(寶石)的場致發光目前涉及面甚廣，所使用的外場有加熱、加壓、溶解、紫外光、陰極射線和其他短波幅射等等。文中僅就寶石礦物的發光應用方面做一簡單介紹。
(1)對于具有固定發光特征的寶石做為鑒別特征，常用這一特征進行鑒定區分寶石。
(2)對于相同種類不同成因的寶石礦物，在陰極射線轟擊下會發出不同顏色或不同強度的熒光，以區分不同成因的寶石，還可區分真假寶石。
(3)鑒別同種寶石的不同類型：如鉆石為1型鉆石在紫外線燈照射下發藍色—淺藍色為主的熒光，而2型鉆石發黃色—黃綠色熒光。
(4)利用寶石的熒光特點區分同種寶石的物理性質，如鉆石在同等強度的紫外線燈照射下不發熒光的鉆石最硬；發黃色熒光居中；發淡藍色熒光的鉆石最不硬。
(5)在其他領域中利用礦物、巖石的熱發光性確定地質年齡。
(6)利用巖石、礦物的熱發光性對沉積環境和巖相古地理及地層進行對比。