被朋友拉去听演唱会，可注意力全程被手里这个东西吸引|光子|演唱会|激发态|荧光棒

今年，各类演唱会在全国各地井喷式复出，大家拥有了许多现场聆听音乐、感受演唱会氛围的机会。

在大大小小的演出中，无论是学校里的节日晚会：

还是商业大型演唱会：

都少不了荧光棒的身影。

荧光棒作为观众为舞台应援、欢呼的载体，寄托了大家对演出者的热情。观众席亮起星星点点的荧光，也组成了演出的一部分，给大家带来强烈的视觉震撼，营造出了独特的氛围和互动效果。

我们在演出中使用的荧光棒，从最早的化学发光荧光棒：

荧光棒舞蹈

到了如今可以实现“荧光海”的定制中控应援棒：

不同偶像组合的定制应援棒

中控下的应援棒灯光变化

它们分别是什么原理呢？为什么荧光棒一掰就能发光？如何同步控制全场的应援棒？跟着小编一起探索吧！

化学发光荧光棒

我们都知道荧光棒的使用手法——双手一掰，荧光飞来（skr~~

让我们来看看荧光棒的组成：实际上，荧光棒采用双层结构，外层为塑料（通常是聚乙烯PE）管，内层为玻璃管。玻璃管内装有过氧化氢溶液，而玻璃管与塑料管之间的夹层内则是荧光染料和酯类化合物（多为双草酸酯、邻苯二甲酸二丁酯等）。

荧光棒的内部组成

在掰弯前，双层溶液互不干扰，各自安好。一旦掰弯，内层玻璃管破裂，内部的过氧化氢溶液与外部酯类化合物相遇，发生化学反应并释放能量；荧光染料接收到这部分能量，便会发出荧光。

整个过程的反应如下：

氧化

荧光棒中的过氧化氢将草酸二苯酯氧化，生成苯酚和不稳定的过氧酸酯。

分解

过氧酸酯稳定性较差，作为一个高能中间体分子，它很容易断键产生二氧化碳，并释放能量。

跃迁

荧光染料分子接受这部分能量，从基态激发到激发态，然后激发态电子返回基态，在这个过程中能以光子的形式释放出能量。

荧光棒发光反应式

让我们再仔细深入一下第三步，看看染料分子是如何发出荧光的：吸收能量后，染料分子的能量增加，从基态（S₀）跃迁到激发态（S₁’），激发态能极高，并不是一个稳定状态，因此有机分子一般通过化学键旋转或者震动释放能量回到基态，但是染料分子在通过机械运动释放部分能量到达一个特定能级（S₁），即第一电子态后，直接跳到基态，同时将剩余的能量以光子的形式释放出来，发出荧光。“能级”是量子物理学中的一个基本概念，描述核外电子在不同能层（如K、L、M等）和能级（如s、p、d、f等）上的能量状态，这些状态对应着分立的能量值，即能级。

若是要深入理解荧光，那么就要请出“荧光光谱学之父"Alenksander Jablonski以及他制定的Jablonski图。Jablonski图通常用于说明分子光谱学中的荧光和磷光，它展示了分子的激发态以及他们之间可能发生的辐射和非辐射跃迁，如下图所示。若是深入讲解，恐怕又是另一篇推文了，所以留待感兴趣的小伙伴自行探索哦~

Jablonski图

荧光棒为什么能发出不同颜色的光呢？因为不同色的荧光板含有不同种类的荧光染料，这些染料分子大多是具有共轭体系（原子间以单键和双键相互交替连接的系统）的多芳香环有机分子，共轭体系使电子跃迁所需的能量降低，波长向长波方向移动。而取代基也会使幅射光发生红移，落入可见光区域。染料分子的共轭链长短不同，受激发需要的能量也不同，从而发处不同颜色的光。

不同荧光染料的发光颜色

根据荧光棒内使用的化合物的不同，化学发光的持续时间也会发生变化。作为化学方法发光的荧光棒，其发光时间长短与化学反应的持续时间有关，而化学反应速率受到温度影响，环境温度越高，发光时间越短、荧光棒初始亮度越高，发光时间越短。

致发光应援棒

现在的演唱会上大多使用的都是LED灯泡的应援棒。无论是这种演唱会批发的七彩海绵荧光棒：

还是定制的具有独特形状，甚至上百种色彩的周边应援棒：

其发光的来源，都是LED灯泡。那么LED的原理是什么呢？

LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的缩写，即半导体发光二极管。我们都知道，二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结。P型材料在半导体中掺入受主杂质，即价电子数更少的杂质原子，因为缺少价电子而产生空穴；N型材料在半导体中掺入施主杂质，即价电子数更多的杂志原子，则存在多余的电子。所以P型材料含大量带正电的空穴，而N型材料则含大量带负电的电子。

（a）N型半导体，（b）P型半导体

若是电源正极接在N型半导体，负极连接在P型半导体，电压倾向于将电子由P型区拉向N型区、空穴由N型区拉向P型区，形成耗尽区，即P-N结出现反向偏置。反之，在正向偏置下，N型半导体中的自由电子朝着P型一侧移动，部分电子与空穴复合，复合时发射光子。

LED发光机理

在复合的过程中，释放出的能量正是导带底与价带顶之间的能量差，即禁带宽度Eg（单位：电子伏特eV）。不同的禁带宽度，释放不同的能量，即产生不同颜色的LED。LED产生光的波长与禁带宽度的关系如下式所示

而采用不同的半导体材料，获得不同的禁带宽度，就可以产生多种颜色的LED啦~

不同半导体材料的禁带宽度及对应LED的颜色

但仅凭不同的材料，仍然难以实现对颜色的精确控制，毕竟很多偶像明星的应援色都是具体到十六进制代码的。那如何来控制应援棒的具体颜色呢？这就需要在应援棒上安装多个不同颜色的LED灯珠，通过电路的开关控制来改变不同颜色的亮灭。荧光棒颜色控制的关键在于设计师对LED灯珠的数量、类型及电路的设计。

中控发光

如何让数万根荧光棒在同一时间，实现统一中控，一同点亮，一同熄灭，一同变换颜色，并组成多样的图案？

从应援棒的拆解图中，我们可以试着寻找答案