第九講 光學材料

1、1第九講第九講 光學材料光學材料 Optical Materials 2022-6-272課程考核要求課程考核要求 平時出席平時出席/作業(yè)作業(yè) 35%； 課堂發(fā)表（課堂發(fā)表（5-10分鐘）分鐘）20%； 個別討論個別討論 15%； 課程論文課程論文 30%。要求：以自己感興趣的新型功能材料為題，寫一篇綜述，主要內(nèi)容包括該新型功能材料的研究背景、制備方法、及其在不同領(lǐng)域的主要用途。不少于3000字。 時間：5月31日晚地點：多媒體1083主要內(nèi)容主要內(nèi)容光纖材料光纖材料發(fā)光材料發(fā)光材料 紅外光學材料紅外光學材料固體激光材料固體激光材料 光色材料光色材料 4 光充滿著整個宇宙，各種星體都在發(fā)光：遠

2、紅外光光充滿著整個宇宙，各種星體都在發(fā)光：遠紅外光、紅外光、可見光、紫外光，以及、紅外光、可見光、紫外光，以及X射線等。射線等。 人類生活在光的世界里，白天靠日光，黑夜靠燈光人類生活在光的世界里，白天靠日光，黑夜靠燈光，夜間還要靠星光。，夜間還要靠星光。 要利用光，就要創(chuàng)造工具，就要有制造工具的材料要利用光，就要創(chuàng)造工具，就要有制造工具的材料光學材料。光學材料。太陽光太陽光星光星光燈光燈光5 自然中存在一些天然光學材料：自然中存在一些天然光學材料：我國的夜明珠、我國的夜明珠、發(fā)光壁；印度的蛇眼石、敘利亞的孔雀暖玉發(fā)光壁；印度的蛇眼石、敘利亞的孔雀暖玉等。等。 這些材料具有奇異的發(fā)光現(xiàn)象，能在無

3、光環(huán)境下這些材料具有奇異的發(fā)光現(xiàn)象，能在無光環(huán)境下放出各種色澤的晶瑩光輝。由于這些光學材料稀放出各種色澤的晶瑩光輝。由于這些光學材料稀有，被視為人間珍寶，成為權(quán)力和財富的象征。有，被視為人間珍寶，成為權(quán)力和財富的象征。夜明珠夜明珠珍珠珍珠貓眼石貓眼石如發(fā)光水母一樣的如發(fā)光水母一樣的“希望樹希望樹”種子；種子；郁郁蔥蔥、奇妙的郁郁蔥蔥、奇妙的發(fā)光發(fā)光森林森林；可當房子居住的參天巨樹；可當房子居住的參天巨樹；色彩斑斕神氣活現(xiàn)的茂密雨林色彩斑斕神氣活現(xiàn)的茂密雨林影片影片阿凡達阿凡達： 男主角杰克男主角杰克 潘多拉星球潘多拉星球非洲北部有一種發(fā)光樹，白天與普通樹沒區(qū)別非洲北部有一種發(fā)光樹，白天與普通樹

4、沒區(qū)別。但每到晚上，從樹干到樹枝通體會發(fā)出明亮的光。但每到晚上，從樹干到樹枝通體會發(fā)出明亮的光。由于這種樹發(fā)出的光比較強烈，當?shù)厝私?jīng)常把它移植由于這種樹發(fā)出的光比較強烈，當?shù)厝私?jīng)常把它移植到自家的門前作為路燈使用。在夜間，人們可以在樹到自家的門前作為路燈使用。在夜間，人們可以在樹下看書甚至做針線。下看書甚至做針線。科學家解釋：這種樹之所以會發(fā)光，是因為其樹根科學家解釋：這種樹之所以會發(fā)光，是因為其樹根特別喜歡吸收土壤中的特別喜歡吸收土壤中的磷磷。這種磷會在樹體內(nèi)轉(zhuǎn)化成。這種磷會在樹體內(nèi)轉(zhuǎn)化成磷化氫磷化氫，而磷化氫一遇到氧氣就會，而磷化氫一遇到氧氣就會自燃自燃，從而使得樹，從而使得樹身磷光閃爍。

5、身磷光閃爍。 發(fā)光樹：發(fā)光樹：螢火蟲螢火蟲 櫛水母櫛水母生物界生物界說到發(fā)光，首先想到螢火蟲，除此之外大自然中說到發(fā)光，首先想到螢火蟲，除此之外大自然中還有許多能夠發(fā)光的生物，如一些生活在海里的魚、蝦、還有許多能夠發(fā)光的生物，如一些生活在海里的魚、蝦、水母、珊瑚、貝類和蠕蟲等。水母、珊瑚、貝類和蠕蟲等。百慕大三角洲發(fā)現(xiàn)的熒光蝦百慕大三角洲發(fā)現(xiàn)的熒光蝦日本富山灣海下棲息著大量熒光烏賊，有時，上百萬的日本富山灣海下棲息著大量熒光烏賊，有時，上百萬的熒光烏賊聚集在一起，可以把整個海灣照亮。熒光烏賊聚集在一起，可以把整個海灣照亮。發(fā)光蚯蚓發(fā)光蚯蚓美國南部生活著一種長達美國南部生活著一種長達4545厘米

6、的發(fā)光蚯蚓。厘米的發(fā)光蚯蚓。這種蚯蚓一旦被傷害，就會這種蚯蚓一旦被傷害，就會分泌出閃爍著藍光的黏液。分泌出閃爍著藍光的黏液。鐵路蠕蟲鐵路蠕蟲身上長有兩種不同的發(fā)光身上長有兩種不同的發(fā)光器官。器官。仿佛圣誕樹一般，頭部發(fā)仿佛圣誕樹一般，頭部發(fā)出紅光，身子閃爍綠光。出紅光，身子閃爍綠光。古代古代“夜明珠夜明珠”，是，是指能夠在夜晚（或暗室指能夠在夜晚（或暗室中）自行發(fā)光的天然物中）自行發(fā)光的天然物體。而且這種光是人用體。而且這種光是人用肉眼能夠直接看到的光肉眼能夠直接看到的光。螢石螢石 夜明珠：夜明珠：11 春秋戰(zhàn)國時期，墨子就研究光的傳播規(guī)律，出現(xiàn)春秋戰(zhàn)國時期，墨子就研究光的傳播規(guī)律，出現(xiàn)了了最

7、古老的光學材料最古老的光學材料青銅反光鏡青銅反光鏡。 17世紀，瑞士人紀南熔制出光學玻璃，主要用于世紀，瑞士人紀南熔制出光學玻璃，主要用于天文望遠鏡；隨后，歐洲出現(xiàn)了望遠鏡和三色棱天文望遠鏡；隨后，歐洲出現(xiàn)了望遠鏡和三色棱鏡，人造光學玻璃成為主要光學材料。鏡，人造光學玻璃成為主要光學材料。 20世紀初，以望遠鏡、顯微鏡、光譜儀以及物理世紀初，以望遠鏡、顯微鏡、光譜儀以及物理光學儀器四大類為主體，建立了光學工業(yè)。光學儀器四大類為主體，建立了光學工業(yè)。青銅鏡青銅鏡望遠鏡望遠鏡12 光學材料在國民經(jīng)濟和人民生活中發(fā)揮重要作用。光學材料在國民經(jīng)濟和人民生活中發(fā)揮重要作用。 一副直徑一副直徑5厘米左右的

8、光學眼鏡片就能消除眼疾給人厘米左右的光學眼鏡片就能消除眼疾給人帶來的苦惱帶來的苦惱。13 科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活等需要使用顯微科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活等需要使用顯微鏡、望遠鏡、經(jīng)緯儀、攝像機等各種光學儀器，核鏡、望遠鏡、經(jīng)緯儀、攝像機等各種光學儀器，核心部分都是由光學材料制造的光學零件。心部分都是由光學材料制造的光學零件。 光學材料已成為人類社會必不可少的功能材料光學材料已成為人類社會必不可少的功能材料。望遠鏡望遠鏡攝相機攝相機眼鏡眼鏡14 光學材料光學材料是傳輸光線的材料，這些材料以是傳輸光線的材料，這些材料以折射、反折射、反射和透射射和透射的方式，改變光線的方向、強度和位相，

9、的方式，改變光線的方向、強度和位相，使光線按預定要求和路徑傳輸，也可吸收或透過一使光線按預定要求和路徑傳輸，也可吸收或透過一定波長范圍的光線而改變光線的光譜成分。定波長范圍的光線而改變光線的光譜成分。 光學材料包括光學材料包括光纖材料、發(fā)光材料、紅外材料、激光纖材料、發(fā)光材料、紅外材料、激光材料和光色材料光材料和光色材料等。等。光學材料光學材料光纖材料1516光導纖維光導纖維(optical fibre(optical fibre，簡稱光纖，簡稱光纖) ) 能夠以能夠以光信號而非電信號光信號而非電信號的形式傳遞信息的形式傳遞信息( (光束光束和圖像和圖像) )的具有特殊光學性能的的具有特殊光學

10、性能的玻璃或塑料纖維玻璃或塑料纖維。 光纖是一種非常細的可彎曲的導光材料。光纖是由光纖是一種非常細的可彎曲的導光材料。光纖是由高透明電介質(zhì)高透明電介質(zhì)材料制成的材料制成的極細的低損耗導光纖維極細的低損耗導光纖維。它。它具有傳輸從具有傳輸從紅外線到可見光區(qū)間紅外線到可見光區(qū)間的光和傳感的兩重功的光和傳感的兩重功能。能。光導纖維（光纖）的定義光導纖維（光纖）的定義 18701870年，英國科學家丁達爾做了一個有趣的實驗：年，英國科學家丁達爾做了一個有趣的實驗：讓一股水流從玻璃容器的側(cè)壁細口自由流出，以一束細讓一股水流從玻璃容器的側(cè)壁細口自由流出，以一束細光束沿水平方向從開口處的正對面射入水中。丁達

11、爾發(fā)光束沿水平方向從開口處的正對面射入水中。丁達爾發(fā)現(xiàn)，細光束不是穿出這股水流射向空氣，而是順從地沿現(xiàn)，細光束不是穿出這股水流射向空氣，而是順從地沿著水流彎彎曲曲地傳播。這是著水流彎彎曲曲地傳播。這是光的全反射光的全反射造成的結(jié)果。造成的結(jié)果。光導纖維（光纖）的發(fā)現(xiàn)光導纖維（光纖）的發(fā)現(xiàn)光導纖維的結(jié)構(gòu)光導纖維的結(jié)構(gòu)單根光纖的直徑約為單根光纖的直徑約為幾到幾百微米幾到幾百微米, , 它由它由內(nèi)層材料（芯料）和包層材料（涂層）組內(nèi)層材料（芯料）和包層材料（涂層）組成的復合結(jié)構(gòu)。為了保護其不受損壞、最成的復合結(jié)構(gòu)。為了保護其不受損壞、最外面再加一層塑料套管。外面再加一層塑料套管?？偼鈴娇偼鈴?252

12、00m纖芯纖芯高透明高透明固體材料固體材料包層包層折射率較纖芯低折射率較纖芯低固體材料固體材料覆層覆層高強材高強材料料光導纖維的結(jié)構(gòu)光導纖維的結(jié)構(gòu)光導纖維的特點光導纖維的特點 (1)(1) 傳輸損耗小傳輸損耗小 (2) (2) 容量大容量大，一對光纖同時傳送，一對光纖同時傳送150150萬路電話萬路電話和和20002000套彩色電視套彩色電視 (3) (3) 傳輸質(zhì)量高傳輸質(zhì)量高，抗干擾、保密性好。不發(fā)，抗干擾、保密性好。不發(fā)生輻射生輻射, ,光信號傳輸過程中失真、畸變、誤差光信號傳輸過程中失真、畸變、誤差小，不產(chǎn)生也不受磁干擾。小，不產(chǎn)生也不受磁干擾。 (4) (4) 足夠的強度和可撓性足夠

13、的強度和可撓性。材料來源廣，成。材料來源廣，成本低（塑料）。本低（塑料）。 (5) (5) 質(zhì)量輕、耐腐蝕質(zhì)量輕、耐腐蝕光光 纖纖 光光 纜纜 普普 通通 電電 纜纜 信息量大信息量大, ,每根光纖理論上可同時通過每根光纖理論上可同時通過1010億路電話億路電話 8 8管同軸電纜每管同軸電纜每條通話條通話18001800路路 原料來源廣原料來源廣( (石英玻璃石英玻璃),),節(jié)約有色金屬節(jié)約有色金屬 資源較少資源較少 質(zhì)量小質(zhì)量小, ,每公里每公里27 g,27 g,不怕腐蝕不怕腐蝕, ,鋪設方鋪設方便便 每公里每公里1.6 t 1.6 t 成本低成本低, ,每公里每公里1 1萬元左右萬元左右

14、 每公里每公里2020萬元萬元 性能好性能好, ,抗電磁干擾保密性強抗電磁干擾保密性強, ,能防竊能防竊聽聽, ,不發(fā)生電輻射不發(fā)生電輻射 光纖光纜與普通電纜比較光纖光纜與普通電纜比較 按功能分為按功能分為 傳光纖維與傳像纖維傳光纖維與傳像纖維光纖的分類光纖的分類按按傳輸模式分為傳輸模式分為: : 單模單模(single model(single model，SM)SM)光纖，光纖，只能傳只能傳輸一種光波模式輸一種光波模式; ; 多模多模(multiple model(multiple model，MM)MM)光纖光纖, , 同時傳播多種光波模式，可傳輸更多的同時傳播多種光波模式，可傳輸更多的

15、信號信號光纖的分類光纖的分類 按折射率分布的方式分類：按折射率分布的方式分類：階躍折射率光階躍折射率光纖和梯度折射率光纖纖和梯度折射率光纖。按按傳輸?shù)钠駪B(tài)傳輸?shù)钠駪B(tài)分：單模光纖又可進一步分分：單模光纖又可進一步分保偏光纖、非保偏光纖保偏光纖、非保偏光纖。階躍階躍 剖面剖面 n(r)a n2n1 r 纖 芯階躍折射率光纖階躍折射率光纖 a n2 n1 r纖 芯漸變漸變 剖面剖面n(r)梯度折射率光纖梯度折射率光纖 按制造光纖的材料分：按制造光纖的材料分： 高純度熔石英光纖，高純度熔石英光纖，其特點是材料的光其特點是材料的光傳輸損耗低，有的波長可低到傳輸損耗低，有的波長可低到0.2dB0.2d

16、Bkmkm，一般均小于一般均小于ldBldBkmkm； 多組分玻璃纖維多組分玻璃纖維，其特點是芯，其特點是芯- -皮折射率皮折射率可在較大范圍內(nèi)變化，因而有利于制造大數(shù)可在較大范圍內(nèi)變化，因而有利于制造大數(shù)值孔徑的光纖，但材料損耗大，值孔徑的光纖，但材料損耗大，在可見光波在可見光波段一般為段一般為:1dB:1dBm m 塑料光纖塑料光纖，其特點是成本低，缺點是材，其特點是成本低，缺點是材料損耗大，溫度性能較差；料損耗大，溫度性能較差； 紅外光纖紅外光纖，其特點是可透過近紅外（，其特點是可透過近紅外（1 1 5m5m）或中紅外（）或中紅外（10m10m）的光波；）的光波； 液芯光纖液芯光纖，特點

17、是纖芯為液體，可滿足，特點是纖芯為液體，可滿足特殊需要；特殊需要； 晶體光纖晶體光纖，纖芯為晶體，可用于制造各，纖芯為晶體，可用于制造各種有源和無源器件。種有源和無源器件。光纖種類光纖種類材材 料料 成成 分分采采 用用 原原 料料石英光纖芯線：SiO2 GeO2 P2O5 包層：SiO2 B2O3SiCl4 GeCl4 POCl3SiCl4 BCl3 BBr3多組分光纖芯線：SiO2 Na2O CaO GeO2 包層：SiO2 Na2O CaO B2O5：SiCl4 NaNO3 Ca(NO3)2 Ge(C4H9O)4SiCl4 NaNO3 Ca(NO3)2 BCl3石英芯線塑料包層光纖芯線；

18、SiO2包層：有機硅SiCl4二甲基二氯硅烷 塑料光纖芯線：PMMA包層：氯化MAP聚甲基丙烯酸甲酯氟化甲酯光纖的種類與材料光纖的種類與材料 石英玻璃光纖、石英玻璃光纖、 多組分玻璃光纖、多組分玻璃光纖、 高雙折射偏振保持光纖、高雙折射偏振保持光纖、 單偏振光纖、單偏振光纖、 各種傳感器用光纖等各種傳感器用光纖等 制造光導纖維用的光學材料，必須高度純制造光導纖維用的光學材料，必須高度純凈、成分均勻。凈、成分均勻。 石英光纖石英光纖是以是以SiOSiO2 2為主成分制成的為主成分制成的, ,目前通目前通訊用光纖都是訊用光纖都是SiOSiO2 2玻璃光纖。玻璃光纖。常用光纖材料常用光纖材料對通信對

19、通信石英光纖的要求石英光纖的要求 作為光通信媒介物的光導纖維應具有三個特性作為光通信媒介物的光導纖維應具有三個特性: : (1)(1)傳輸衰耗小傳輸衰耗小 常以每公里損失的分貝數(shù)常以每公里損失的分貝數(shù)(dB(dBkm)km)表示表示 (2)(2)傳輸頻帶寬傳輸頻帶寬現(xiàn)多用單模光纖現(xiàn)多用單模光纖 (3)(3)機械性能好機械性能好為保護光纖拉絲后的強度，光為保護光纖拉絲后的強度，光纖拉出后，必須立即被覆一層或二層保護性的纖拉出后，必須立即被覆一層或二層保護性的涂膜涂膜, ,以提高使用壽命以提高使用壽命主要紅外光纖的光學傳輸性能主要紅外光纖的光學傳輸性能 光纖被大量地應用在光纖被大量地應用在光通訊光

20、通訊方面，此外，光纖方面，此外，光纖作為傳感器在作為傳感器在軍事、醫(yī)學軍事、醫(yī)學都有重要應用。都有重要應用。光導纖維的制備光導纖維的制備 石英光纖制備的要求石英光纖制備的要求必須嚴格控制必須嚴格控制: 雜質(zhì)的含量雜質(zhì)的含量，尤其是金屬離子和羥基離子尤其是金屬離子和羥基離子二者的存在會引起傳輸衰耗大輻度地上升。二者的存在會引起傳輸衰耗大輻度地上升。一般金屬離子的濃度應在一般金屬離子的濃度應在1010-9-9級范圍，羥基離級范圍，羥基離子濃度一般為子濃度一般為1010-4-4 1010-7-7 光纖的尺寸和形狀光纖的尺寸和形狀纖芯直徑的波動會纖芯直徑的波動會產(chǎn)生大的傳輸衰耗甚至不能使用，形狀對產(chǎn)生

21、大的傳輸衰耗甚至不能使用，形狀對稱性的改變會嚴重影響光纖之間的連接稱性的改變會嚴重影響光纖之間的連接 化學組成化學組成組成的微小變化，會影響纖組成的微小變化，會影響纖芯的折射率，增加傳輸衰耗芯的折射率，增加傳輸衰耗光纖的制備工藝光纖的制備工藝 最常用的一種是MCVD（modified chemical vapor deposition，改進的化學氣相沉積法）。 1. 預制棒的制造預制棒的制造 主反應在主反應在“ “玻璃車床玻璃車床” ”上用超純的上用超純的SiCl4與與O2和和H2在在1400 1600下反應下反應 SiCl4(g)+O2(g)+2H2(g)=SiO2(g)+4HCl(g) 摻

22、雜反應生成摻雜反應生成GeO2、P205、B203等等 4POCl3十十302=2P2O5十十6C12 光纖的制備工藝光纖的制備工藝MCVD法的評價法的評價制造光纖預制棒的常用方法。能制備優(yōu)質(zhì)的光制造光纖預制棒的常用方法。能制備優(yōu)質(zhì)的光纖預制棒纖預制棒 不足如所用原料昂貴（特別是純化各原料的不足如所用原料昂貴（特別是純化各原料的費用高昂，技術(shù)要求高），光纖維化學組成受到限費用高昂，技術(shù)要求高），光纖維化學組成受到限制制 其它技術(shù)全合成（富通公司）其它技術(shù)全合成（富通公司） 2. 2. 光纖的拉制光纖的拉制 石墨爐 預制棒 裸光纖 涂覆杯 UV燈 保護氣體 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu) 著色層 芯層芯層

23、 內(nèi)涂層內(nèi)涂層 外涂層外涂層 光纖帶的結(jié)構(gòu)光纖帶的結(jié)構(gòu)5 m 包層包層125 m 光纜的結(jié)構(gòu)光纜的結(jié)構(gòu) 束管式束管式 纖膏 加強芯 纜膏 固架式固架式 光纖帶光纖帶 除用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息除用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、處理、傳能傳像、遙測遙控、照明傳能傳像、遙測遙控、照明等。等。光導纖維的用途光導纖維的用途高質(zhì)量傳導光的玻璃纖維高質(zhì)量傳導光的玻璃纖維，信息高速公路的，信息高速公路的“基石基石非通信光纖主要用于光纖測量儀表的光學非通信光纖主要用于光纖測量儀表的光學探頭（傳感器）、醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。探頭（傳感器）、醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。 光學纖維胃鏡現(xiàn)代通信用光纜用光導纖維做手術(shù)，不用開刀 真正

24、的光通信時代真正的光通信時代 目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機或目前的光纖通信，是把聲音或圖象通過電話機或電視攝像機變成電信號，再通過光調(diào)制機對激光光源電視攝像機變成電信號，再通過光調(diào)制機對激光光源進行調(diào)制，把電信號變成光信號，由光導纖維傳送到進行調(diào)制，把電信號變成光信號，由光導纖維傳送到接收端，接收端的激光接收機通過光電轉(zhuǎn)換器，把光接收端，接收端的激光接收機通過光電轉(zhuǎn)換器，把光信號還原成電信號，進入電話機或電視機，重現(xiàn)發(fā)送信號還原成電信號，進入電話機或電視機，重現(xiàn)發(fā)送的聲音或圖象。的聲音或圖象?，F(xiàn)代通信用光纜現(xiàn)代通信用光纜 未來的光纖通信，可以不用電信號，而是未來的光纖通信，可以不用

25、電信號，而是將聲音或圖象直接轉(zhuǎn)換成光信號用光纖將聲音或圖象直接轉(zhuǎn)換成光信號用光纖進行傳輸進行傳輸，電只是作為能源加以使用。，電只是作為能源加以使用。到那時電話、電報、電視等電通信方式到那時電話、電報、電視等電通信方式將變成將變成“光話光話”“”“光報光報”“”“光視光視”等光等光通信方式，人類將進入一個無限美好的通信方式，人類將進入一個無限美好的真正的光通信時代。真正的光通信時代。 光導纖維在醫(yī)學上的應用光導纖維在醫(yī)學上的應用 光導纖維不但是通信技術(shù)中的重要材料，還是醫(yī)光導纖維不但是通信技術(shù)中的重要材料，還是醫(yī)生的得力助手。目前在醫(yī)學領(lǐng)域，普遍使用著一種生的得力助手。目前在醫(yī)學領(lǐng)域，普遍使用著

26、一種連接著許多連接著許多光纖的胃鏡光纖的胃鏡，光纖胃鏡的光源是在體外，光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的由光纖傳進去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛苦。在光導纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭痛苦。在光導纖維的一頭裝著精致小巧的微型鏡頭，可將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕，可將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來或顯示在屏幕上。上。光學纖維胃鏡光學纖維胃鏡 光導纖維在醫(yī)學上的另一個重要應用光導纖維在醫(yī)學上的另一個重要應用是通過微細的光纖將高強度的激光輸入人是通過微細的光纖將高強度的激光輸入人體的病變部位，用體的病變部位，用激光來切除病變部位激光來切除病變部位。這種

27、這種“手術(shù)手術(shù)”不用切開皮膚和切割肌肉組不用切開皮膚和切割肌肉組織，而且切割部位準確，手術(shù)效果好織，而且切割部位準確，手術(shù)效果好. .用光導纖維做手術(shù)，不用開刀現(xiàn)代通信用光纜光學纖維胃鏡用光導纖維做手術(shù)，不用開刀50發(fā)光材料發(fā)光材料51發(fā)光現(xiàn)象發(fā)光現(xiàn)象 發(fā)光發(fā)光是物質(zhì)將某種方式吸收的能是物質(zhì)將某種方式吸收的能量轉(zhuǎn)化為光向外輻射的過程，是量轉(zhuǎn)化為光向外輻射的過程，是熱輻射外另一種能量輻射現(xiàn)象。熱輻射外另一種能量輻射現(xiàn)象。 光子是電子在受激高能態(tài)返回低光子是電子在受激高能態(tài)返回低能態(tài)時發(fā)出的，當發(fā)出光子能量能態(tài)時發(fā)出的，當發(fā)出光子能量在在1.8-3.1eV時，便是可見光時，便是可見光。 材料發(fā)光所

28、需能量可從材料發(fā)光所需能量可從較高能量較高能量的電磁輻射的電磁輻射(如紫外光如紫外光)中得到，中得到，也可從高能電子或熱能、機械能也可從高能電子或熱能、機械能和化學能和化學能中得到。中得到。綠色極光綠色極光熒光現(xiàn)象熒光現(xiàn)象52 發(fā)光材料發(fā)光材料是指吸收光照，然后轉(zhuǎn)化為光的材料。是指吸收光照，然后轉(zhuǎn)化為光的材料。 發(fā)光材料的晶格要具有發(fā)光材料的晶格要具有結(jié)構(gòu)缺陷或雜質(zhì)缺陷結(jié)構(gòu)缺陷或雜質(zhì)缺陷，材料，材料才具有發(fā)光性能。才具有發(fā)光性能。 結(jié)構(gòu)缺陷結(jié)構(gòu)缺陷是晶格間的空位等晶格缺陷，由其引起的是晶格間的空位等晶格缺陷，由其引起的發(fā)光稱為發(fā)光稱為自激活發(fā)光，自激活發(fā)光，所以制備發(fā)光材料采用合適所以制備發(fā)光

29、材料采用合適的基質(zhì)十分重要。的基質(zhì)十分重要。 如果在基質(zhì)材料中如果在基質(zhì)材料中有選擇地摻入微量雜質(zhì)有選擇地摻入微量雜質(zhì)在晶格中在晶格中形成形成雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷，由其引起的發(fā)光叫，由其引起的發(fā)光叫激活發(fā)光激活發(fā)光，摻入，摻入的微量雜質(zhì)一般都充當發(fā)光中心，稱為激活劑。的微量雜質(zhì)一般都充當發(fā)光中心，稱為激活劑。 實際應用的發(fā)光材料大多是激活型發(fā)光材料實際應用的發(fā)光材料大多是激活型發(fā)光材料。53 發(fā)光微觀過程：發(fā)光微觀過程：材料發(fā)光時，吸收外界的能量，產(chǎn)生高能電子和空穴，材料發(fā)光時，吸收外界的能量，產(chǎn)生高能電子和空穴，高能電子和空穴經(jīng)過相互碰撞，又產(chǎn)生能量較低的電子及高能電子和空穴經(jīng)過相互碰撞，又產(chǎn)生

30、能量較低的電子及空穴；空穴；這個過程一直持續(xù)下去，直到電子的能量降低到和發(fā)光體這個過程一直持續(xù)下去，直到電子的能量降低到和發(fā)光體禁帶能量相匹配為止，期間發(fā)出光子，產(chǎn)生光。禁帶能量相匹配為止，期間發(fā)出光子，產(chǎn)生光。紅色極光紅色極光半導體發(fā)光半導體發(fā)光54 發(fā)光的特征有三個發(fā)光的特征有三個： 發(fā)光材料的發(fā)光材料的發(fā)光顏色發(fā)光顏色彼此不同，都有各自特征，彼此不同，都有各自特征，選選用不同的發(fā)光材料可得各種發(fā)光顏色。用不同的發(fā)光材料可得各種發(fā)光顏色。發(fā)光材料種類很多，發(fā)光顏色也覆蓋整個可見光范圍。發(fā)光材料種類很多，發(fā)光顏色也覆蓋整個可見光范圍。材料的發(fā)光光譜可分為以下材料的發(fā)光光譜可分為以下3種類型：

31、種類型：寬帶寬帶：半寬度一：半寬度一100nm，如，如CaWO4；窄帶窄帶：半寬度一：半寬度一50nm，如，如Sr2(PO4)Cl：Eu3+；線譜線譜：半寬度一：半寬度一0.1nm，如，如GdVO4：Eu3+。 究竟一種材料的發(fā)光光譜屬于哪一類，既與基質(zhì)有究竟一種材料的發(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)。關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。55 發(fā)光的第二個特征是它的發(fā)光的第二個特征是它的強度強度。發(fā)光強度隨激發(fā)強度而變發(fā)光強度隨激發(fā)強度而變;激光出現(xiàn)前，激光出現(xiàn)前，電子束電子束能量較高，強度較大，一般不發(fā)光能量較高，強度較大，一般不發(fā)光或發(fā)光很弱的材料，在陰極射線激發(fā)下可發(fā)出可覺察的或發(fā)光很弱的材

32、料，在陰極射線激發(fā)下可發(fā)出可覺察的光或較強的光。光或較強的光。激光激光出現(xiàn)后，其強度可以大于出現(xiàn)后，其強度可以大于107W/cm2，在它激發(fā)下很，在它激發(fā)下很容易引起發(fā)光。容易引起發(fā)光。Samsung超薄超薄CRT電視電視56 發(fā)光的第三個特征是發(fā)光發(fā)光的第三個特征是發(fā)光持續(xù)時間持續(xù)時間。最初發(fā)光分為最初發(fā)光分為熒光及磷光熒光及磷光兩種：兩種：熒光熒光是在激發(fā)時發(fā)出的光是在激發(fā)時發(fā)出的光，磷光磷光是在激發(fā)停止后發(fā)出的光。是在激發(fā)停止后發(fā)出的光。瞬態(tài)光譜技術(shù)瞬態(tài)光譜技術(shù)已把測量范圍縮小到已把測量范圍縮小到1ps(10-12s)以下，最快以下，最快的脈沖光輸出已短到的脈沖光輸出已短到8fs(1fs

33、=10-15s)，熒光及磷光的時間界，熒光及磷光的時間界限已不清楚。限已不清楚。發(fā)光總是延遲于激發(fā)發(fā)光總是延遲于激發(fā)，當激發(fā)停止后，發(fā)光亮度從當激發(fā)停止后，發(fā)光亮度從J0衰減衰減到到 10J0時，經(jīng)歷的時間為時，經(jīng)歷的時間為余輝時間余輝時間。熒光現(xiàn)象熒光現(xiàn)象磷光夜明珠磷光夜明珠57 發(fā)光材料由此可劃分為發(fā)光材料由此可劃分為6個范圍：個范圍：極短余輝：極短余輝：1s；短余輝：短余輝：1-10s；中短余輝：中短余輝：10-2-1ms；中余輝：中余輝：1-100ms；長余輝：長余輝：0.1-1s；極長余輝：極長余輝：1s58 自然界中很多物質(zhì)或多或少都可以發(fā)光，發(fā)光材料自然界中很多物質(zhì)或多或少都可以

34、發(fā)光，發(fā)光材料中既有無機化合物，也有有機化合物。中既有無機化合物，也有有機化合物。 發(fā)光材料發(fā)光材料使用最多的是粉末狀多晶使用最多的是粉末狀多晶固體無機化合物固體無機化合物，其次是單晶和薄膜。其次是單晶和薄膜。 根據(jù)發(fā)光類型，可把發(fā)光材料分為根據(jù)發(fā)光類型，可把發(fā)光材料分為光致發(fā)光材料、光致發(fā)光材料、陰極射線發(fā)光材料、陰極射線發(fā)光材料、X射線發(fā)光材料、場致發(fā)光材射線發(fā)光材料、場致發(fā)光材料、發(fā)光二極管等料、發(fā)光二極管等。蝴蝶翅膀上的磷粉具有發(fā)光現(xiàn)象蝴蝶翅膀上的磷粉具有發(fā)光現(xiàn)象磷光蝦磷光蝦59光致發(fā)光材料光致發(fā)光材料 光致發(fā)光光致發(fā)光是指發(fā)光材料從較高能量的是指發(fā)光材料從較高能量的光輻射光輻射(如紫

35、外如紫外光光)中得到能量，擊發(fā)光子發(fā)光的現(xiàn)象，中得到能量，擊發(fā)光子發(fā)光的現(xiàn)象， 光致發(fā)光材料主要是光致發(fā)光材料主要是熒光粉熒光粉，早期的熒光粉是，早期的熒光粉是MgWO4與與(Zn、Be)2SiO4：Mn2+。 將熒光粉涂在充滿汞的玻璃管內(nèi)側(cè)，汞在電場作用將熒光粉涂在充滿汞的玻璃管內(nèi)側(cè)，汞在電場作用下放電產(chǎn)生紫外線，熒光粉吸收紫外線的能量，將下放電產(chǎn)生紫外線，熒光粉吸收紫外線的能量，將其轉(zhuǎn)化為白光放出。其轉(zhuǎn)化為白光放出。熒光高壓汞燈熒光高壓汞燈日光燈照明日光燈照明60 熒光粉中加入熒光粉中加入Eu2+、Ce3+、Tb3+、Yb3+等稀土離子，可使發(fā)光效率等稀土離子，可使發(fā)光效率和顯色性能得到顯

36、著提高。和顯色性能得到顯著提高。 發(fā)紅光發(fā)紅光的熒光粉有的熒光粉有Y2O3：Eu3+，很容易被很容易被254nm的射線激發(fā)；的射線激發(fā)； 發(fā)藍光發(fā)藍光的熒光粉有的熒光粉有BaMgAl10O17：Eu3+和和Sr2Al6O12：Eu3+等。等。 發(fā)綠光發(fā)綠光的離子是的離子是Tb3+，不容易被，不容易被254nm的射線激發(fā)，常用的射線激發(fā)，常用Ce3+做為做為敏化劑。敏化劑。61 蓄光型發(fā)光材料蓄光型發(fā)光材料也是光致發(fā)光材料中的重要一種，也是光致發(fā)光材料中的重要一種，更注意發(fā)光的衰減規(guī)律和熱釋光性能。更注意發(fā)光的衰減規(guī)律和熱釋光性能。 蓄光型發(fā)光材料可直接制成各種制品應用，如發(fā)光蓄光型發(fā)光材料可直

37、接制成各種制品應用，如發(fā)光涂料、塑料膜板、纖維、陶瓷和玻璃等。涂料、塑料膜板、纖維、陶瓷和玻璃等。稀土長余輝蓄光材料標示牌稀土長余輝蓄光材料標示牌62陰極射線發(fā)光材料陰極射線發(fā)光材料 陰極射線發(fā)光陰極射線發(fā)光是在真空中是在真空中從從陰極出來的電子陰極出來的電子經(jīng)加速經(jīng)加速后轟擊熒屏所發(fā)出的光。后轟擊熒屏所發(fā)出的光。 發(fā)光區(qū)域只局限于電子所發(fā)光區(qū)域只局限于電子所轟擊的區(qū)域附近：轟擊的區(qū)域附近： 由于電子的能量在幾千電由于電子的能量在幾千電子伏以上，除發(fā)光以外，子伏以上，除發(fā)光以外，還可以產(chǎn)生還可以產(chǎn)生x射線。射線。掃描儀中的陰極射線管掃描儀中的陰極射線管63陰極射線發(fā)光材料陰極射線發(fā)光材料材料組

38、成材料組成發(fā)光顏色發(fā)光顏色相對亮度相對亮度10%余輝余輝/ms用途用途Zn2SiO4：Mn綠綠95%95%0.5雙層顯示波管雙層顯示波管ZnO：Zn青白青白95%95%95%95%95%95%95%250雷達指示管雷達指示管ZnS：Ag藍藍95%95%95%95%95%1黑白顯像管黑白顯像管64 陰極射線發(fā)光材料可制備陰極射線管，用途廣泛。陰極射線發(fā)光材料可制備陰極射線管，用途廣泛。 陰極射線管大量用于彩色電視機的顯像管陰極射線管大量用于彩色電視機的顯像管，對人們，對人們的生活有巨大影響；的生活有巨大影響； 陰極射線管還可用于示波器、雷達以及特殊要求的陰極射線管還可用于示波器、雷達以及特殊要求

39、的顯示屏等。顯示屏等。艦用雷達顯示屏艦用雷達顯示屏投影管投影管電視顯像管電視顯像管65 飛點掃描管要求發(fā)光的上升及衰減都很快，飛點掃描管要求發(fā)光的上升及衰減都很快，Ce2+可可滿足這個要求，滿足這個要求，Y2SiO3：Ce、Y3A15O12：Ce及它及它們的混合物的余輝約為們的混合物的余輝約為10-7-10-8s。 雷達顯示屏要求長余輝，一般采用雙層屏，在電雷達顯示屏要求長余輝，一般采用雙層屏，在電子束轟擊下，電子束激發(fā)第一層材料子束轟擊下，電子束激發(fā)第一層材料ZnS：Ag，發(fā)出短余輝的藍光，它再激發(fā)第二層材料發(fā)出短余輝的藍光，它再激發(fā)第二層材料(Zn，Cd)S：Cu，Al，發(fā)射長余輝的黃光。

40、，發(fā)射長余輝的黃光。倒車雷達顯示屏倒車雷達顯示屏66場致發(fā)光材料場致發(fā)光材料 半導體材料在半導體材料在外電場外電場作用下，出現(xiàn)發(fā)光的現(xiàn)象稱為作用下，出現(xiàn)發(fā)光的現(xiàn)象稱為場致發(fā)光場致發(fā)光。 半導體材料場致發(fā)光的半導體材料場致發(fā)光的微觀過程主要是碰撞激發(fā)或微觀過程主要是碰撞激發(fā)或離化雜質(zhì)中心離化雜質(zhì)中心。場致發(fā)光玻璃飾品場致發(fā)光玻璃飾品場致發(fā)光纖維場致發(fā)光纖維67半導體材料與金屬電極相接的界面上形成勢壘，電半導體材料與金屬電極相接的界面上形成勢壘，電子從金屬一側(cè)隧穿到半導體的幾率很大。子從金屬一側(cè)隧穿到半導體的幾率很大。電子進入半導體后被其體內(nèi)電場加速，電子進入半導體后被其體內(nèi)電場加速，當它與發(fā)光當

41、它與發(fā)光中心或基質(zhì)某個電子碰撞，中心或基質(zhì)某個電子碰撞，會將部分能量交給中心會將部分能量交給中心或基質(zhì)電子，使它們被或基質(zhì)電子，使它們被激發(fā)或被離化激發(fā)或被離化。激發(fā)：電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，發(fā)射出光來激發(fā)：電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，發(fā)射出光來；離化：電子進入導帶成為整個晶格所有，電子與離離化：電子進入導帶成為整個晶格所有，電子與離化中心復合時，發(fā)出光束化中心復合時，發(fā)出光束。68 場致發(fā)光材料在交流電壓或直流電壓作用下都可發(fā)場致發(fā)光材料在交流電壓或直流電壓作用下都可發(fā)光。光。最常用的直流場致發(fā)光材料有最常用的直流場致發(fā)光材料有ZnS：Mn，Cu，亮度約亮度約350Cd/m2，發(fā)光效率為，發(fā)光效

42、率為0.5lm/W； ZnS：Ag可發(fā)出可發(fā)出藍光藍光；(ZnCd)S：Ag可發(fā)出可發(fā)出綠光綠光，改變配比改變配比(ZnCd)S：Ag可發(fā)出可發(fā)出紅光紅光。 近年來還試用在近年來還試用在CaS、SrS等基質(zhì)中摻雜稀土元素的等基質(zhì)中摻雜稀土元素的直流場致發(fā)光材料。直流場致發(fā)光材料。藍色場致發(fā)光材料藍色場致發(fā)光材料黃色場致發(fā)光材料黃色場致發(fā)光材料紅色場致發(fā)光材料紅色場致發(fā)光材料69 交流場致發(fā)光效率較高，可達交流場致發(fā)光效率較高，可達15 lm/W，場致發(fā)光，場致發(fā)光的研究和應用都以交流場致發(fā)光為主。的研究和應用都以交流場致發(fā)光為主。交流場致發(fā)光材料交流場致發(fā)光材料發(fā)光材料發(fā)光材料發(fā)光顏色發(fā)光顏色

43、發(fā)光光譜峰值發(fā)光光譜峰值/nmZnS：Cu淺藍淺藍455ZnS：Cu，Al綠綠510ZnS：Cu，Mn黃黃580(Zn，Cd) (S，Se)：Cu橙紅橙紅65070發(fā)光二極管材料發(fā)光二極管材料 發(fā)光二極管是輻射光的半導體二極管發(fā)光二極管是輻射光的半導體二極管，施加正向，施加正向電壓時，通過電壓時，通過pn結(jié)分別把結(jié)分別把n區(qū)電子注入?yún)^(qū)電子注入p區(qū)，區(qū)，p區(qū)空區(qū)空穴注入穴注入n區(qū)，電子和空穴復合發(fā)光，把電能直接轉(zhuǎn)區(qū)，電子和空穴復合發(fā)光，把電能直接轉(zhuǎn)換成光能。換成光能。 發(fā)光二極管所用材料具有下述特性：發(fā)光二極管所用材料具有下述特性：發(fā)光在可見光區(qū)，發(fā)光在可見光區(qū)，Eg1.8eV，700nm；材料

44、容易作成材料容易作成n型及型及p型；型；有效率高的發(fā)光中心；有效率高的發(fā)光中心；效率降到初始值一半的時間要大于效率降到初始值一半的時間要大于105h， 材料能生長成單晶，能規(guī)模生產(chǎn)，價廉。材料能生長成單晶，能規(guī)模生產(chǎn)，價廉。發(fā)光二極管發(fā)光二極管71 發(fā)光二極管和器件已實現(xiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍發(fā)光二極管和器件已實現(xiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七彩色的生產(chǎn)和應用、紫七彩色的生產(chǎn)和應用，并拓展到近紅外和近紫，并拓展到近紅外和近紫外范圍，如發(fā)紅光的外范圍，如發(fā)紅光的GaAsP，發(fā)綠光的，發(fā)綠光的GaP等。等。 發(fā)光二極管的發(fā)光效率也提高上千倍。發(fā)光二極管的發(fā)光效率也提高上千倍。使用使用GaN基基材料的

45、二極管，可發(fā)出高亮度的白光，在材料的二極管，可發(fā)出高亮度的白光，在20mA的電的電流下，發(fā)光強度達到流下，發(fā)光強度達到2Cd，能作為強光源使用。，能作為強光源使用。各色發(fā)光二極管各色發(fā)光二極管作為強光源使用的發(fā)光二極管作為強光源使用的發(fā)光二極管72 發(fā)光二極管最有前景的用途是照明發(fā)光二極管最有前景的用途是照明。 發(fā)光二極管照明具有高效節(jié)能、環(huán)保、壽命長、發(fā)光二極管照明具有高效節(jié)能、環(huán)保、壽命長、易維護等特點，被認為是進入普通照明領(lǐng)域的一易維護等特點，被認為是進入普通照明領(lǐng)域的一種新型固態(tài)冷光源。種新型固態(tài)冷光源。 以發(fā)光二極管為主的以發(fā)光二極管為主的半導體照明被譽為是人類照半導體照明被譽為是人

46、類照明史上繼白織燈、熒光燈之后的又一次革命。明史上繼白織燈、熒光燈之后的又一次革命。照明用發(fā)光二極管照明用發(fā)光二極管73 發(fā)光二極管也可做成指示器和數(shù)字顯示器發(fā)光二極管也可做成指示器和數(shù)字顯示器，用于，用于計算機、廣告、家用電器、車輛、交通信號等儀計算機、廣告、家用電器、車輛、交通信號等儀器儀表的顯示中。器儀表的顯示中。LED顯示屏顯示屏Sony-LED電視電視74 北京奧運會開幕式北京奧運會開幕式開場的畫軸打開在一個巨大的開場的畫軸打開在一個巨大的LED屏幕上。屏幕上。LED屏幕屏幕長長147米，寬米，寬22米，總面積米，總面積3234平方米，平方米，上面鋪了上面鋪了44000顆顆LED。L

47、ED地面完全經(jīng)得住演員地面完全經(jīng)得住演員踩踏、水浸踩踏、水浸等考驗。等考驗。LED大屏分辨率高達大屏分辨率高達70521056，是普通電腦的，是普通電腦的5倍，制造倍，制造的光影效果和表演密切結(jié)合，將觀眾引入夢幻世界。的光影效果和表演密切結(jié)合，將觀眾引入夢幻世界。75 光立方光立方是國慶是國慶60周年聯(lián)歡晚會的一個表演區(qū)。周年聯(lián)歡晚會的一個表演區(qū)。以天安門廣場國旗旗桿為中心，四周有以天安門廣場國旗旗桿為中心，四周有4028棵棵的的LED“發(fā)發(fā)光樹光樹”，每一棵發(fā)光樹的，每一棵發(fā)光樹的LED管通過電腦操作可變換管通過電腦操作可變換種種顏色，顏色，高度也可以變換，高度也可以變換，且左右搖擺，且左右

48、搖擺，4028名表演者站在名表演者站在“樹樹”下，用手持道具配合下，用手持道具配合“發(fā)光樹發(fā)光樹”按照指令進行表演按照指令進行表演。76國慶彩車國慶彩車2009年春節(jié)聯(lián)歡晚會年春節(jié)聯(lián)歡晚會77 上海世博會上海世博會，LED繼續(xù)大放異彩。繼續(xù)大放異彩。 舞臺上空出現(xiàn)了一只巨型舞臺上空出現(xiàn)了一只巨型“白鴿白鴿”，隨著音樂揮動，隨著音樂揮動翅膀。翅膀?！鞍坐澃坐潯庇捎?70個個LED燈球組成的矩形方陣，燈球組成的矩形方陣，在隨后節(jié)目中，這些燈球隨旋律的變化變幻出在隨后節(jié)目中，這些燈球隨旋律的變化變幻出EXPO、世博會中國館、世博會中國館等造型，同時伴隨著的是藍等造型，同時伴隨著的是藍色、紫色、紅色等

49、絢爛顏色。色、紫色、紅色等絢爛顏色。78 283.5米寬，米寬，26.4米高，總面積達米高，總面積達7000多平方米多平方米的的LED巨型屏幕呈現(xiàn)出美麗畫面，這一目前巨型屏幕呈現(xiàn)出美麗畫面，這一目前世界上最世界上最大的電視屏幕大的電視屏幕，在呈現(xiàn)給觀眾視覺盛宴的同時，也，在呈現(xiàn)給觀眾視覺盛宴的同時，也給黃浦江新增一道美麗的風景。給黃浦江新增一道美麗的風景。79 盧浦大橋經(jīng)盧浦大橋經(jīng)LED光源改造后，宛如天際一道絢麗的光源改造后，宛如天際一道絢麗的彩虹彩虹 6000只只LED發(fā)光球發(fā)光球變幻著紅、橙、黃三色從黃浦江變幻著紅、橙、黃三色從黃浦江上游的盧浦大橋順流而下，來到江心舞臺，形成一上游的盧浦

50、大橋順流而下，來到江心舞臺，形成一派錦繡燦爛的場面。派錦繡燦爛的場面。 80 世博園區(qū)內(nèi)共有世博園區(qū)內(nèi)共有10.3億億顆顆LED芯片使用，芯片使用， 世博場館室內(nèi)照明電源中約有世博場館室內(nèi)照明電源中約有80%采用采用LED綠色光綠色光源源，相較于普通白織燈，省電，相較于普通白織燈，省電90%。 油立方油立方81X射線激發(fā)發(fā)光材料射線激發(fā)發(fā)光材料 在在X射線照射下，發(fā)光材料可發(fā)生康普頓效應，也可吸射線照射下，發(fā)光材料可發(fā)生康普頓效應，也可吸收收X射線，它們都可產(chǎn)生高速光電子。光電子又經(jīng)過非射線，它們都可產(chǎn)生高速光電子。光電子又經(jīng)過非彈性碰撞，產(chǎn)生下一代電子。當這些電子的能量接近發(fā)彈性碰撞，產(chǎn)生下

51、一代電子。當這些電子的能量接近發(fā)光躍遷所需能量時，就可發(fā)出光。光躍遷所需能量時，就可發(fā)出光。 X射線發(fā)光材料可使射線發(fā)光材料可使X光轉(zhuǎn)換為可見光，并顯示成像光轉(zhuǎn)換為可見光，并顯示成像。吳有訓吳有訓康普頓康普頓1927年諾貝爾年諾貝爾物理學獎物理學獎82 根據(jù)對發(fā)光材料的要求，參照在其他激發(fā)方式下發(fā)光根據(jù)對發(fā)光材料的要求，參照在其他激發(fā)方式下發(fā)光材料的性能，已研制出一系列材料的性能，已研制出一系列X射線發(fā)光材料。射線發(fā)光材料。X射線發(fā)光材料射線發(fā)光材料發(fā)光材料發(fā)光材料發(fā)光波峰發(fā)光波峰/nm發(fā)光效率發(fā)光效率/(lm/W)CaWO44203ZnS：Ag45017ZnS，CdS：Ag53820CsI：

52、Na41019BaSO4：Pb3504.5(Sr，Ba)SO4：Eu3808Ba3(PO4)2：Eu3751.5Y2O3S：Tb380，410，420，55018La2O3S：Tb490，544，588，62012.583 X射線發(fā)光材料可將射線發(fā)光材料可將X射線透過人體或物體后所形射線透過人體或物體后所形成的成的X射線潛像射線潛像轉(zhuǎn)換成可見圖像，既可用肉眼觀察轉(zhuǎn)換成可見圖像，既可用肉眼觀察，也可用膠片照相，還可用光電器件將它轉(zhuǎn)換成電，也可用膠片照相，還可用光電器件將它轉(zhuǎn)換成電信號后再處理。信號后再處理。用于用于X射線遠視及照相；射線遠視及照相；由由X射線像增強器和電視組成的射線像增強器和電視

53、組成的X射線顯示系統(tǒng)；射線顯示系統(tǒng)；X射線掃描及計算機配合組成斷層分析系統(tǒng)，也就射線掃描及計算機配合組成斷層分析系統(tǒng)，也就是常說的是常說的CT系統(tǒng)。系統(tǒng)。醫(yī)用醫(yī)用CTCT系統(tǒng)系統(tǒng)84紅外光學材料紅外光學材料85紅外線紅外線 紅外線同可見光一樣都是電磁波，它的波長范圍很紅外線同可見光一樣都是電磁波，它的波長范圍很寬，從寬，從0.7m到到1000m。 紅外線具有波粒二象性，遵守光的反射和折射定律紅外線具有波粒二象性，遵守光的反射和折射定律，在一定條件下產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象。，在一定條件下產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象。 每種處于每種處于0K以上的物體均發(fā)射特征電磁波輻射，以上的物體均發(fā)射特征電磁波輻射，主要位于

54、電磁波譜的紅外區(qū)域，主要位于電磁波譜的紅外區(qū)域，這個特征對于軍事這個特征對于軍事觀察和測定肉眼看不見的物體具有特殊意義。觀察和測定肉眼看不見的物體具有特殊意義。86紅外材料紅外材料 紅外材料紅外材料是指能透過紅外線，并對不同波長紅外線是指能透過紅外線，并對不同波長紅外線具有不同透光率、折射率及色散的材料。具有不同透光率、折射率及色散的材料。 紅外材料主要包括堿鹵化合物晶體、堿土紅外材料主要包括堿鹵化合物晶體、堿土- -鹵族化合鹵族化合物晶體、氧化物晶體、無機鹽晶體及半導體晶體。物晶體、氧化物晶體、無機鹽晶體及半導體晶體。單質(zhì)晶體單質(zhì)晶體：單質(zhì)鍺、硅可作為紅外光學材料：單質(zhì)鍺、硅可作為紅外光學材

55、料。堿鹵化合物晶體堿鹵化合物晶體：如：如LiF、NaF、KCl、KBr等等堿土堿土-鹵族化合物晶體鹵族化合物晶體：如：如CaF2、BaF2、SrF2、MgF2等，等，氧化物晶體氧化物晶體：Al2O3、SiO2、MgO、TiO2等氧化物等氧化物無機鹽化合物晶體：無機鹽化合物晶體：SrTiO3、Ba3Ta4O15、Bi4Ti3O2等。等。87紅外材料的用途紅外材料的用途 紅外光學材料主要應用于以下方面：紅外光學材料主要應用于以下方面： 輻射測量、光譜輻射測量輻射測量、光譜輻射測量：如非接觸溫度測量、：如非接觸溫度測量、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、地面勘察，探測焊接缺陷，微重力農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、地面勘察，探測焊接缺陷，微

56、重力下熱流過程研究；下熱流過程研究； 對能量輻射物的搜索和跟蹤對能量輻射物的搜索和跟蹤：如宇航裝置導航，：如宇航裝置導航，火箭、飛機預警，遙控引爆管等；火箭、飛機預警，遙控引爆管等；紅外測量紅外測量紅外遙控紅外遙控紅外警報器紅外警報器88 制造紅外成像器件，夜視儀器、紅外顯微鏡等制造紅外成像器件，夜視儀器、紅外顯微鏡等：用于紅外光學系統(tǒng)中的窗口、整流罩、透鏡棱鏡用于紅外光學系統(tǒng)中的窗口、整流罩、透鏡棱鏡、濾光片等，可用于軍事上的偽裝識別，半導體、濾光片等，可用于軍事上的偽裝識別，半導體元件和集成電路的質(zhì)量檢查等；元件和集成電路的質(zhì)量檢查等；軍用紅外夜視儀軍用紅外夜視儀紅外顯微鏡紅外顯微鏡紅外窗

57、口紅外窗口89 通信和遙控通信和遙控：宇宙飛船之間進行視頻和音頻傳輸，：宇宙飛船之間進行視頻和音頻傳輸，海洋、陸地、空中目標的距離和速度測量，這種紅海洋、陸地、空中目標的距離和速度測量，這種紅外通信比其他通信外通信比其他通信( (如無線電通訊如無線電通訊) )抗干擾性好也抗干擾性好也不干擾其他信息，保密性好，而且在大氣中傳楊，不干擾其他信息，保密性好，而且在大氣中傳楊，波長愈長，損耗衰減愈小。波長愈長，損耗衰減愈小。手機紅外通訊口手機紅外通訊口紅外通訊適配器紅外通訊適配器90固體激光材料固體激光材料91激光激光 材料中原子處于不同能量狀態(tài)，一個原子吸收外界材料中原子處于不同能量狀態(tài)，一個原子吸

58、收外界能量后由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)的過程稱為能量后由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)的過程稱為“激發(fā)激發(fā)”。處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它可自發(fā)恢復到低能態(tài)，處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它可自發(fā)恢復到低能態(tài)，并伴隨有光的發(fā)射，稱為并伴隨有光的發(fā)射，稱為自發(fā)輻射自發(fā)輻射。高能原子發(fā)生自發(fā)輻射前，受外來光子高能原子發(fā)生自發(fā)輻射前，受外來光子(能量為能量為E2-E1)的刺的刺激，可從激，可從E2躍遷到躍遷到E1，同時輻射一個與外來光子，同時輻射一個與外來光子同頻率、同頻率、同位相、同方向、同偏振態(tài)同位相、同方向、同偏振態(tài)的光子，稱為的光子，稱為受激輻射受激輻射。受激輻射受激輻射92 用一個光子去激發(fā)位于高能級的電子

59、或離子，使用一個光子去激發(fā)位于高能級的電子或離子，使之放出光子，受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是之放出光子，受激發(fā)射產(chǎn)生的光就是激光激光。 如果使材料中多數(shù)能發(fā)生受激輻射的原子或離子如果使材料中多數(shù)能發(fā)生受激輻射的原子或離子都處于激發(fā)狀態(tài)，再用外界光感應，都處于激發(fā)狀態(tài)，再用外界光感應，使所有處于使所有處于激發(fā)狀態(tài)的原子和離子幾乎同時產(chǎn)生受激輻射而激發(fā)狀態(tài)的原子和離子幾乎同時產(chǎn)生受激輻射而回到低能態(tài)回到低能態(tài)，將發(fā)出具有，將發(fā)出具有強大能量密度強大能量密度的光束。的光束。高度的方向性、亮度高；高度的方向性、亮度高；單色性好；單色性好；相干性好。相干性好。高能激光束高能激光束93激光材料激光材料 激光系統(tǒng)激

60、光系統(tǒng)最重要的是激光工作物質(zhì)，最重要的是激光工作物質(zhì)，分為固體、液分為固體、液體和氣體激光工作物質(zhì)。體和氣體激光工作物質(zhì)。 固體激光器是最重要的一種固體激光器是最重要的一種，不但激活離子密度大，不但激活離子密度大，振蕩頻帶寬，能產(chǎn)生譜線窄的光脈沖，而且具有，振蕩頻帶寬，能產(chǎn)生譜線窄的光脈沖，而且具有良好的機械性能和穩(wěn)定的化學性能。良好的機械性能和穩(wěn)定的化學性能。固體激光器固體激光器94晶體激光材料晶體激光材料 絕大部分激光晶體是含激活離子的熒光晶體，絕大部分激光晶體是含激活離子的熒光晶體， 按照晶體組成可分為按照晶體組成可分為摻雜型摻雜型激光晶體和激光晶體和自激活自激活激光激光晶體兩類，前者占