Lumineszenz bezeichnet die spontane Emission von Strahlung (typischerweise im UV‑, Vis‑ oder NIR‑Bereich), die nicht primär auf thermische Anregung zurückgeht. In der Werkstoffforschung ist sie ein zentrales Werkzeug zur Analyse elektronischer Zustände, Defekte und Energieübertragungsprozesse in Metallen, Halbleitern, Isolatoren, Gläsern und Polymeren.

Die mikroskopische Grundlage ist die Anregung von Elektronen in metastabile Zustände und deren strahlender Rückfall unter Emission eines Photons. Je nach Anregungsmechanismus unterscheidet man u. a. Photolumineszenz (Anregung durch Photonen), Elektrolumineszenz (durch elektrische Felder/Injektion von Ladungsträgern), Elektrochemilumineszenz (redoxgetriebene Bildung angeregter Spezies), Kathodolumineszenz (Anregung durch Elektronenstrahlen) und Tribolumineszenz (durch mechanische Beanspruchung).

Für funktionale Werkstoffe sind die spektralen und zeitlichen Lumineszenzeigenschaften entscheidend: Emissionsspektrum, Quantenausbeute, Lebensdauer und Temperaturabhängigkeit erlauben Rückschlüsse auf Dotanden, Defektdichten, Kristallfeldaufteilungen und Energietransferprozesse. Spezielle Formen wie persistierende Lumineszenz bzw. Nachleuchten beruhten auf Ladungsträgerfallen mit geeigneten Aktivierungsenergien, während Upconversion‑Photolumineszenz Antistokes‑Emission durch sukzessive Absorption mehrerer niederenergetischer Photonen ermöglicht.

Die Lumineszenzcharakterisierung – stationär und zeitaufgelöst – ist daher ein präzises Werkzeug zur Korrelation von Synthese, Mikrostruktur und Funktion, etwa in Leuchtstoffen, Szintillatoren, biofunktionalen Markern oder optoelektronischen Bauelementen.