《光學(xué)材料》PPT課件(I)

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1、光學(xué)材料Opticalmaterial一、概述光學(xué)材料主要是光介質(zhì)材料，是傳輸光線的材料，這些材料以折射、反射和透射的方式，改變光線的方向、強(qiáng)度和位相，使光線按照預(yù)定的要求傳輸。也可以吸收或透過一定波長范圍的光線而改變光線的光譜成分。近代光學(xué)的發(fā)展，特別是激光的出現(xiàn)，使另一類光學(xué)材料，即光功能材料得到了發(fā)展。這種材料在外場(力、聲、熱、電、磁和光)的作用下，其光學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，因此可作為探測和能量轉(zhuǎn)換的材料，成為光學(xué)材料中一個新的大家族。二、發(fā)光材料發(fā)光是一種物體把吸收的能量，不經(jīng)過熱的階段，直接轉(zhuǎn)換為特征輻射的現(xiàn)象。發(fā)光現(xiàn)象廣泛存在于各種材料中，在半導(dǎo)體、絕緣體、有機(jī)物和生

2、物中都有不同形式的發(fā)光。發(fā)光材料的種類也很多。它們可以提供作為新型和有特殊性能的光源，可以提供作為顯示、顯像、探測輻射場及其他技術(shù)手段。1、發(fā)光的特征發(fā)光的第一個特征是顏色，發(fā)光材料的發(fā)光顏色被此不同，都有它們各自的特征。已有發(fā)光材料的種類很多，它們發(fā)光的顏色也足可覆蓋整個可見光的范圍。材料的發(fā)光光譜(發(fā)射光譜)可分為下列三種類型：寬帶:半寬度—100nm，如CaWO4；窄帶:半寬度—50nm，如Sr(PO4)3C1:Eu3+；線譜：半寬度—0.1nm，如GdV04:Eu3+。一個材料的發(fā)光光譜屬于哪一類。既與基質(zhì)有關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可改變。發(fā)光的第

3、二個特征是強(qiáng)度。由于發(fā)光強(qiáng)度是隨激發(fā)強(qiáng)度而變的，通常用發(fā)光效率來表征材料的發(fā)光本領(lǐng)，發(fā)光效率也同激光強(qiáng)度有關(guān)。在激光出現(xiàn)前，電子束的能量較高，強(qiáng)度也較大，所以一般不發(fā)光或發(fā)光很弱的材料，在陰極射線激發(fā)下則可發(fā)出可覺察的光或較強(qiáng)的光。激光出現(xiàn)后，因激光的強(qiáng)度可≥l07W/cm2，在它激發(fā)下除了容易引起發(fā)光外，還容易出現(xiàn)非線性效應(yīng)，包括雙光子或多光子效應(yīng)，易引起轉(zhuǎn)換，如將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光。發(fā)光效率有三種表示方法：量子效率、能量效率及光度效率。量子效率指發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比值；能量效率是指發(fā)光的能量與激發(fā)源輸入的能量的比值；光度效率指發(fā)光的光度與激發(fā)源輸入的能量的比

4、值。發(fā)光的第三個特征是發(fā)光持續(xù)時間。最初發(fā)光分為熒光及磷光兩種。熒光是指在激發(fā)時發(fā)出的光，磷光是指在激發(fā)停止后發(fā)出的光。發(fā)光時間小于10-8s為熒光，大于10-8s為磷光。當(dāng)時對發(fā)光持續(xù)時間很短的發(fā)光無法測量，才有這種說法?，F(xiàn)在瞬態(tài)光譜技術(shù)已經(jīng)把測量的范圍縮小到1ps(10-12s)以下，最快的脈沖光輸出可短到8fs(1fs＝10-15s)。所以，熒光、磷光的時間界限已不清楚。但發(fā)光總是延遲于激發(fā)的。2、電子束激發(fā)發(fā)光1879年w．Croos確定了發(fā)光特性決定于被電子束轟擊的物質(zhì)。1929年出現(xiàn)黑白電視接收機(jī)，1953年彩色電視問世，1964年成功地發(fā)明了以稀土元素化合物為基質(zhì)

5、和以稀土離子摻雜的發(fā)光粉，從而成功地提高了發(fā)紅光材料的亮度，這使它能夠和三基色的藍(lán)及綠色發(fā)光的亮度匹配，使彩色電視得到迅速推廣。A、陰極射線發(fā)光的基本規(guī)律陰極射線發(fā)光是在真空中從陰極出來的電子經(jīng)加速后轟擊熒光屏所發(fā)出的光。所以發(fā)光區(qū)域只局限于電子所轟擊的區(qū)域附近。又由于電子的能量在幾千電子伏以上。所以除發(fā)光以外，還產(chǎn)生x射線。x射線對人體有害，因而在顯示屏的玻璃中常添加一些重金屬(如Pb)，以吸收在電子轟擊下熒光屏所產(chǎn)生的x射線。在可以連續(xù)激發(fā)的條件下，改變加速電壓時，發(fā)光亮度也有相應(yīng)的變化。由多種材料試驗得到經(jīng)驗規(guī)律J=J0I(V-V0)其中，J為發(fā)光亮度，J0為常數(shù)，I為電

6、流，V為加速電壓，V0為起輝電壓，加速電壓要超過這個最小值才能引起發(fā)光。在高速電子的轟擊下，發(fā)光屏的溫度將要上升，而當(dāng)溫度上升到一定值后發(fā)光的亮度將下降，這種現(xiàn)象為溫度淬滅。它和發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)密切有關(guān)。在晶體中發(fā)光中心的電子態(tài)和它周圍離子的數(shù)目、價態(tài)、方位及距離都有關(guān)系。但是由于晶格的振動，周圍離子的方位及距離都在變化。隨著晶格的振動，發(fā)光中心的電子態(tài)也將發(fā)生相應(yīng)的變化。使用陰極射線發(fā)光材料時，除了考慮它的亮度及影響亮度的幾種因素外，還必須選擇另外兩個重要的特性，即發(fā)光顏色及衰減。對于必須保證特定顏色的彩色電子束管來說，則要犧牲一定的亮度。因為在能合成這一特定額色的三基色中，第

7、三種顏色耍和其它兩種顏色匹配，如果它發(fā)光不亮，其它兩種顏色的發(fā)光亮度也就要壓低使用。在顯示合成色時，如果它們的飽和特性和老化特性不同，也容易出現(xiàn)顏色漂移。在飛點掃描管中要求發(fā)光余輝特別短，雷達(dá)屏中則要求發(fā)光余輝特別長，這時可用的發(fā)光體的種類就很有限。在雷達(dá)管中常用雙層屏在電子束轟擊下，第一層發(fā)出短余輝的藍(lán)光，它再激發(fā)長余輝的第二層材料，發(fā)射黃光。B、陰極射線發(fā)光材料的類別高能電子轟擊發(fā)光體時產(chǎn)生高能電子及空穴，它們經(jīng)過碰撞，又產(chǎn)生能量較低的電子及空穴。這個過程一直繼續(xù)下去，直到電子的能量降到