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1、会计学1材料的光学性能材料的光学性能光的现象光的微粒说光的波动说光的电磁说光的波粒二象性光的直线传播光的干涉光的衍射电磁波谱光谱（牛顿）（胡克，惠更斯）（麦克斯韦）（普朗克，爱因斯坦）第1页/共64页提纲提纲n n材料的透光性n n激光与发光材料n n光的传输与光线材料n n材料的非线性光学效应第2页/共64页5.1 材料的透光性材料的透光性第3页/共64页可见光的波长和频率范围可见光的波长和频率范围光色 波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红 760622 660 橙 622597 610 黄 597577 570 绿 577492 540 青 492470 480 兰 470455 4
2、60 紫 455400 430 人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近。第4页/共64页光的波粒二象性光的波粒二象性n n光的粒子性光的粒子性爱因斯坦爱因斯坦光子能量：光子能量：光子动量：光子动量：n n波粒二象性波粒二象性光子是电磁波能量和动量量子化的粒子光子是电磁波能量和动量量子化的粒子电磁波是光子的概率波电磁波是光子的概率波波的属性：频率、波长波的属性：频率、波长光子：能量、动量光子：能量、动量第5页/共64页光的干涉和衍射光的干涉和衍射n n光的波动性主要表现在它有干涉、衍射及偏振等特性光的波动性主要表现在它有干涉、衍射及偏振等特性n n双光束干涉双光束干涉(Interferenc
3、e)(Interference)两束光相遇以后，在光的叠加区，光强重新分布，出现明暗相间、稳定两束光相遇以后，在光的叠加区，光强重新分布，出现明暗相间、稳定的干涉条纹的干涉条纹n n衍射衍射(diffraction)(diffraction)(绕射绕射)当光波传播遇到障碍物时，在一定程度上能绕过障碍物而进入几何阴影当光波传播遇到障碍物时，在一定程度上能绕过障碍物而进入几何阴影区，这种现象称为衍射区，这种现象称为衍射 第6页/共64页光透过固体的现象光透过固体的现象n n反射（能量的变化）n n折射（光速的变化）n n吸收（能量的变化）n n散射（能量的变化）n n透过（能量）第7页/共64页
4、Ix界面1反射吸收散射界面2反射界面1界面2I0I1I2透射+吸收+反射+散射第8页/共64页电子极化电子极化n n电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发生相互作用引起电子极化，即造成电子云与原子核的电荷中心发生相互作用引起电子极化，即造成电子云与原子核的电荷中心发生相对位移生相对位移所以，当光通过介质时，一部分能量被吸收，同时光速减小，后所以，当光通过介质时，一部分能量被吸收，同时光速减小，后者导致折射者导致折射第9页/共64页电子能态转变电子能态
5、转变 电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子激发到较高能材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子激发到较高能级上去，电子发生的能级变化级上去，电子发生的能级变化 E E与电磁波频率有关与电磁波频率有关 E=hE=h受激电子不可能无限长时间地保持。在激发状态，经过一个短时期后，受激电子不可能无限长时间地保持。在激发状态，经过一个短时期后，它又会衰变回基态，同时发射出电磁波，即自发辐射它又会衰变回基态，同时发射出电磁波，即自发辐射第10页/共64页光的反射和折射
6、光的反射和折射n n折射折射当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光在真空和材料中的速当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光在真空和材料中的速度之比即为材料的度之比即为材料的折射率折射率光从材料光从材料1 1，通过界面传入材料，通过界面传入材料2 2时，与界面法向所形成的入射角时，与界面法向所形成的入射角 i i，折，折射角射角 r r与两种材料的折射率与两种材料的折射率n n1 1和和n n2 2有下述关系有下述关系第11页/共64页材料的折射率材料的折射率n n材料的折射率反映了光在该材料中的传播速度材料的折射率反映了光在该材料中的传播速度光密介质：在折射率大的介质中，光的传播速
7、度慢光密介质：在折射率大的介质中，光的传播速度慢光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播速度快光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播速度快介质的介质的n n总是大于总是大于1 1的正数的正数如，空气如，空气 n=1.0003n=1.0003；固体氧化物；固体氧化物n=1.32.7n=1.32.7；硅酸盐玻璃；硅酸盐玻璃n=1.51.9n=1.51.9折射率与两种折射率与两种介质的性质介质的性质介质的性质介质的性质和和入射光的波长入射光的波长入射光的波长入射光的波长有关有关波长越长，折射率越小波长越长，折射率越小n n材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电磁结构（对非铁磁介质主要材料的折射率从本质
8、上讲，反映了材料的电磁结构（对非铁磁介质主要是电结构）在光波作用下的极化性质或介电特性是电结构）在光波作用下的极化性质或介电特性第12页/共64页折射率的影响因素折射率的影响因素-1n n构成材料元素的离子半径构成材料元素的离子半径MaxwellMaxwell电磁波理论认为光在介质中的传播速度电磁波理论认为光在介质中的传播速度c c：真空中光速；：真空中光速；：介质介电常数；：介质介电常数；：介质磁导率：介质磁导率对于无机材料电介质，对于无机材料电介质，1 1n n本质本质：材料的电磁结构在光波电磁场作用下的极化性质或介电特性：材料的电磁结构在光波电磁场作用下的极化性质或介电特性第13页/共6
9、4页材料的极化材料的极化n n介质的极化介质的极化“拖住拖住”了电磁波的步伐，使其传播速度变得比真空中慢了电磁波的步伐，使其传播速度变得比真空中慢n n材料的极化性质材料的极化性质与构成材料的原子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关与构成材料的原子的原子量、电子分布情况、化学性质等微观因素有关这些微观因素通过宏观量介电常数影响光在材料中的传播速度这些微观因素通过宏观量介电常数影响光在材料中的传播速度当离子半径增大时，其当离子半径增大时，其 增大，因而增大，因而n n也增大也增大可以用大离子物质得到高可以用大离子物质得到高n n的材料，如的材料，如n nPbSPbS=3.912=3.9
10、12，用小离子物质得到低，用小离子物质得到低n n的材的材料，如料，如n nSiCl4SiCl4=1.412=1.412 第14页/共64页折射率的影响因素折射率的影响因素-2n n材料的结构、晶型和非晶态材料的结构、晶型和非晶态对非晶态和立方晶体等各向同性材料，当光通过时，光速不因传播方向对非晶态和立方晶体等各向同性材料，当光通过时，光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折射率，称为改变而变化，材料只有一个折射率，称为均质介质均质介质均质介质均质介质除立方晶体以外的其他晶型，都是除立方晶体以外的其他晶型，都是非均质介质非均质介质非均质介质非均质介质n n光进入光进入非均质介质非均质介质非均
11、质介质非均质介质时时分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象称为双折射射光线，这个现象称为双折射双折射是非均质晶体的特性，这类晶体的所有光学性能都和双折射有关双折射是非均质晶体的特性，这类晶体的所有光学性能都和双折射有关第15页/共64页n n方解石（CaCO3，六方晶系）第16页/共64页双折射现象双折射现象n n两种折射率两种折射率平行于入射面的光线的折射率，称为平行于入射面的光线的折射率，称为常光折射率常光折射率常光折射率常光折射率n n0 0不论入射光的入射角如何变化，不论入射光的入射角
12、如何变化，n n0 0始终为一常数，因而常光折射率严格始终为一常数，因而常光折射率严格服从折射定律服从折射定律另一条与之垂直的光线所构成的折射率，则随入射线方向的改变而变化，另一条与之垂直的光线所构成的折射率，则随入射线方向的改变而变化，称为称为非常光折射率非常光折射率非常光折射率非常光折射率n ne e不遵守折射定律，随入射光的方向而变化不遵守折射定律，随入射光的方向而变化当光沿晶体光轴方向入射时，只有当光沿晶体光轴方向入射时，只有n n0 0存在，与光轴方向垂直入射时，存在，与光轴方向垂直入射时，n ne e达最大值，此值是材料的特性达最大值，此值是材料的特性沿晶体密堆积程度较大的方向沿晶
13、体密堆积程度较大的方向n ne e较大较大当光在晶体内沿某个方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴光轴单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石、冰等；双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云毋、结晶硫磺、蓝宝石、橄榄石等第17页/共64页n n光轴光轴氯化钠属于立方晶系的晶体，氯化钠属于立方晶系的晶体，各向同性，不产生双折射各向同性，不产生双折射光轴仅标志一定的方向，并不光轴仅标志一定的方向，并不限于某一特殊的直线限于某一特殊的直线光轴方向上，光轴方向上，o o光和光和e e光的传播光的传播速度相同速度相同n n方解石光轴方解石光轴平行六面体：每个面都是钝角平行六面体：每个面都是钝角
14、102102o o和锐角和锐角7878o o的平行四边形的平行四边形A A、B B顶点：钝隅顶点：钝隅光轴方向：从一个钝隅所作的光轴方向：从一个钝隅所作的等分角线方向（即与钝隅的三等分角线方向（即与钝隅的三条棱成相等角度的那个方向）条棱成相等角度的那个方向）n n1 1n n2 2i ii io oi ie e(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o o光光e e光光第18页/共64页n n惠更斯：在各向异性的晶体中，子波源会同时发出惠更斯：在各向异性的晶体中，子波源会同时发出o o光、光、e e光两种子波光两种子波o o光的子波：各方向传播的速度相同为光的子波：各方向传播的速度相同为v v
15、0 0，点波源波面为球面，振动方向始终，点波源波面为球面，振动方向始终垂直其垂直其主平面主平面e e光的子波光的子波,各方向传播的速度不同各方向传播的速度不同在平行光轴方向上的速度与在平行光轴方向上的速度与o o光的速度相同，为光的速度相同，为v v0 0；在垂直光轴方向上的速度与在垂直光轴方向上的速度与o o光的速度相差最大，记为光的速度相差最大，记为v ve e，其相应的折射率为，其相应的折射率为n ne evo t光轴光轴O光光光轴光轴ve tvo te光光第19页/共64页正晶体、负晶体正晶体、负晶体n n正晶体正晶体：ne no n n负晶体负晶体：ne ve)负负晶晶体体(vo v
16、e)子波源子波源第20页/共64页折射率的影响因素折射率的影响因素-3n n材料所受的内应力材料所受的内应力有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n n大，平行于受拉大，平行于受拉主应力方向的主应力方向的n n小小n n同质异构体同质异构体在同质异构材料中，高温时的晶型折射率在同质异构材料中，高温时的晶型折射率n n较低，低温时存在的晶较低，低温时存在的晶型折射率型折射率n n较高较高石英玻璃石英玻璃 n=1.46 n=1.46；石英晶体；石英晶体 n=1.55n=1.55高温时，鳞石英高温时，鳞石英 n=1.47 n=1.47；方石英；方石英 n
17、=1.49 n=1.49 普通钠钙硅酸盐玻璃普通钠钙硅酸盐玻璃 n=1.51n=1.51第21页/共64页第22页/共64页光子晶体？负折射率？光子晶体？负折射率？n n光子晶体光子晶体晶体内部：原子周期性排列晶体内部：原子周期性排列周期势场周期势场运动的电子受到周期势场的布拉格运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构散射，从而形成能带结构带隙带隙控制电子的运动控制电子的运动光子晶体：光的折射率指数的周期性变化光子晶体：光的折射率指数的周期性变化光带隙结构光带隙结构控制光在光子晶体控制光在光子晶体中的运动中的运动n n负折射率超材料（负折射率超材料（Negative index m
18、etamaterialsNegative index metamaterials）第23页/共64页反射系数、透射系数反射系数、透射系数折射和反射可多次连续发生折射和反射可多次连续发生WW、WW、WW：入射光、反射：入射光、反射光、折射光在单位时间内通光、折射光在单位时间内通过单位面积的能量流过单位面积的能量流n n当入射角和折射角都很小时当入射角和折射角都很小时其中其中m m:反射系数；反射系数；1-1-m m:透射系数透射系数n n1 1、n n2 2相差很大：反射多相差很大：反射多n n1 1nn2 2：几乎没有反射损失：几乎没有反射损失介质1介质1介质2入射光1次反射光2次反射光1次透
19、射光2次透射光振幅振幅传播速度传播速度横截面积横截面积第24页/共64页n n假如：一块玻璃，假如：一块玻璃，n=1.5n=1.5，m=0.04m=0.04，则透过玻璃的光能为多少？，则透过玻璃的光能为多少？n n若连续透过若连续透过x x块平板玻璃，则透过玻璃的光能为多少？块平板玻璃，则透过玻璃的光能为多少？n n实际应用实际应用玻璃、陶瓷等材料折射率大：反射显著玻璃、陶瓷等材料折射率大：反射显著若透镜系统由多块玻璃组成，如何降低反射率？若透镜系统由多块玻璃组成，如何降低反射率？第25页/共64页光的吸收光的吸收n n吸收的一般规律吸收的一般规律光强为光强为I I0 0的单色平行光束沿的单色
20、平行光束沿x x轴方向通过均匀物质，轴方向通过均匀物质，在经过一段距离在经过一段距离x x后光强已减弱到后光强已减弱到I I，再通过一无限，再通过一无限薄层薄层dxdx后光强变为后光强变为I+dI(dII+dI(dI0 0)。实验表明，在相当宽的。实验表明，在相当宽的光强度范围内，光强度范围内，-dI-dI相当精确地正比于相当精确地正比于I I和和dxdxv：吸收系数（absorption coefficient），单位为cm-1，取决于材料的性质和光的波长，与光强无关Lambert-Beer定律第26页/共64页光吸收与波长的关系光吸收与波长的关系n n可见光区：金属和半导体的吸收可见光区：
21、金属和半导体的吸收n n紫紫外外光光区区：光光子子能能量量达达到到禁禁带带宽宽度度，电电子子就就会会吸吸收收光光子子能量从满带跃迁到导带能量从满带跃迁到导带红外光区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量要使谐振点波长尽可能远离可见光区，即吸收峰的频率尽可能小，则需选择较小的材料热振频率Mc和Ma：阳离子和阴离子质量：与力有关的常数，由离子间结合力决定第27页/共64页均匀吸收和选择吸收均匀吸收和选择吸收n n除了真空，没有一种物质对所有波长的电磁波都是绝对透明的除了真空，没有一种物质对所有波长的电磁波都是绝对透明的n n均匀吸收均匀吸收在可见光范围对各种波长的吸收程度相同在可见光范围对各种
22、波长的吸收程度相同普通玻璃对可见光是透明的，但是对红外线、紫外线都有强烈的吸收，普通玻璃对可见光是透明的，但是对红外线、紫外线都有强烈的吸收，是不透明的是不透明的石英对所有可见光几乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且石英对所有可见光几乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系数不变吸收系数不变n n选择吸收选择吸收对某一波长吸收系数大对某一波长吸收系数大在在3.55.0m3.55.0m的红外光，石英表现为强烈吸收的红外光，石英表现为强烈吸收第28页/共64页n n红外吸收光谱红外吸收光谱研究离子间的弹性振动研究离子间的弹性振动n n紫外吸收光谱紫外吸收光谱研究半导体的禁带宽度研
23、究半导体的禁带宽度第29页/共64页紫外可见光谱紫外可见光谱禁带宽度禁带宽度n n作(ah)1/2或(ah)2-h(eV)曲线，取线性部分的切线与x轴的交点n n从吸收峰起峰处算起，1240除以起峰波长（近似）第30页/共64页光的散射光的散射n n光的散射光的散射光波遇到不均匀结构产生的次级波，与主波方向不一致，与主波合成出光波遇到不均匀结构产生的次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，从而引起散射现干涉现象，使光偏离原来的方向，从而引起散射n n对于相分布均匀的材料，由于散射而引起强度减弱的规律与吸收规律具对于相分布均匀的材料，由于散射而引起强度减弱的规律与吸
24、收规律具有相同的形式有相同的形式 S S：散射系数，与散射质点的大小、数量以及散射质点与基体的相对折：散射系数，与散射质点的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关射率等因素有关当光的波长约等于散射质点的直径时，出现散射的峰值当光的波长约等于散射质点的直径时，出现散射的峰值当当ddd 时，则随着时，则随着d d的增加，的增加，S S反而减小，当反而减小，当d=d=时，时，S S达最大值达最大值第31页/共64页n n散射系数：可以认为散射系数正比于散射质点的投影面积散射系数：可以认为散射系数正比于散射质点的投影面积NN：单位体积内的散射质点数；：单位体积内的散射质点数；R R：散射质
25、点的平均半径；：散射质点的平均半径；K K：散射因素，取决于基体与质点的相对折射率：散射因素，取决于基体与质点的相对折射率n n假设散射介质为球体，且假设散射介质为球体，且d1/3d dn/d 0 0注意：在可见光区域内色散是正常色散曲线注意：在可见光区域内色散是正常色散曲线实质：反映在更宽波长范围内的色散关系实质：反映在更宽波长范围内的色散关系第39页/共64页正常色散非正常色散第40页/共64页色散的定量色散的定量色散色散系数(Abbe number)式中nD、nF和nC分别为以钠的谱线、氢的F谱线和C谱线(589.3nm，486.1nm和656.3nm)为光源，测得的折射率通常采用固定波
26、长下的折射率来表达第41页/共64页经典色散理论经典色散理论n n阻尼受迫振子模型阻尼受迫振子模型介质原子的电结构：正负电荷之间由一根无形的弹簧束缚在一起的弹性介质原子的电结构：正负电荷之间由一根无形的弹簧束缚在一起的弹性振子振子在光波电磁场的作用下作受迫振动，振动的相位与振子的固有频率和光在光波电磁场的作用下作受迫振动，振动的相位与振子的固有频率和光波频率有关，受迫振动的振子作为次波源向外发射散射波波频率有关，受迫振动的振子作为次波源向外发射散射波由于固体和液体中的这种散射中心密度很高，振子散射波的相互干涉，由于固体和液体中的这种散射中心密度很高，振子散射波的相互干涉，使得次波只沿原来入射光
27、波方向前进使得次波只沿原来入射光波方向前进次波和入射波叠加，使得合成波在介质中的传播速度与入射光波的频率次波和入射波叠加，使得合成波在介质中的传播速度与入射光波的频率有关，导致介质对不同频率的光有着不同的折射率有关，导致介质对不同频率的光有着不同的折射率第42页/共64页材料的透光性材料的透光性n n反射损失：n n经过吸收损失和散射损失：n n经过反射损失：n n透射光强第43页/共64页5.2 激光和发光材料激光和发光材料材料的发光特征材料的发光特征n n发光强度特征发光强度特征强度：发射光的能量强度：发射光的能量客观数值客观数值亮度：人眼的感觉亮度：人眼的感觉主观判断（色差）主观判断（色
28、差）发光效率发光效率量子效率：发光的量子数与激发源输入的量子数的比量子效率：发光的量子数与激发源输入的量子数的比值值能量效率（功率效率）：发光的能量与激发源输入的能量效率（功率效率）：发光的能量与激发源输入的能量的比值能量的比值流明效率（光度效率）：发光的流明数与激发源输入流明效率（光度效率）：发光的流明数与激发源输入的能量的比值（的能量的比值（lm/Wlm/W）n n光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射的能引起光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射的能引起视觉反应能量，即可见光的能量，描述的是光源的有视觉反应能量，即可见光的能量，描述的是光源的有效辐射值，其国际单位是效辐射值，其国际单位是
29、lmlm（流明）（流明）第44页/共64页光源光源光通量（光通量（lm）光发射二极管光发射二极管 0.01白炽灯，白炽灯，60W 730白炽灯，白炽灯，100W 1380荧光灯管荧光灯管 2300水银灯，水银灯，60W 5400水银灯，水银灯，100W 125000第45页/共64页发光持续时间特征发光持续时间特征n n余辉（余辉时间）余辉（余辉时间）当激发停止时，其发光亮度当激发停止时，其发光亮度L L衰减到初始亮度衰减到初始亮度L L0 0的的10%10%时所经历的时所经历的时间时间n n磷光：人眼能够感觉到余辉的长发光期间者磷光：人眼能够感觉到余辉的长发光期间者n n荧光：人眼感觉不到余
30、辉的短发光期间者荧光：人眼感觉不到余辉的短发光期间者n n余辉时间余辉时间极短余辉：余辉时间极短余辉：余辉时间111s s的发光的发光第46页/共64页发光材料分类发光材料分类n n按激发方式分光致发光材料电致发光材料射线致发光材料热致发光材料等离子发光材料第47页/共64页光致发光光致发光(Photoluminescence)n n吸收光谱吸收光谱光的吸收系数随波长或频率的变化关系曲线光的吸收系数随波长或频率的变化关系曲线n n激发光谱激发光谱表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率第48页/共64页发光过程发光过程n
31、n基质晶格或激活剂（或称发光中心）吸收激发能基质晶格或激活剂（或称发光中心）吸收激发能基质晶格将吸收的激发能传递给激活剂基质晶格将吸收的激发能传递给激活剂被激活的激活剂发出一定波长的光而返回基态，同时伴随有部分非发光被激活的激活剂发出一定波长的光而返回基态，同时伴随有部分非发光跃迁，能量以热的形式散发跃迁，能量以热的形式散发A：激活剂S：敏化剂（能强烈地吸收激发能，然后将能量传递给激活剂）第49页/共64页（1 1）导带电子与俘获的空穴复合）导带电子与俘获的空穴复合（2 2）俘获的电子与价带的空穴复合）俘获的电子与价带的空穴复合（3 3）激发能传给孤立中心，发光跃）激发能传给孤立中心，发光跃迁
32、在分立的中心内部迁在分立的中心内部（4 4）导带中的电子直接与价带中的）导带中的电子直接与价带中的空穴复合空穴复合（5 5）俘获的电子与俘获的空穴复合）俘获的电子与俘获的空穴复合第50页/共64页斯托克斯规则斯托克斯规则n n发光波长总是大于激发波长，即发光的光子能量必发光波长总是大于激发波长，即发光的光子能量必然小于激发光的光子能量然小于激发光的光子能量用紫外线激发发光材料时，可得到可见光区域的各用紫外线激发发光材料时，可得到可见光区域的各种颜色的光。种颜色的光。用蓝光激发，只能得到红光、橙光，至多是绿光。用蓝光激发，只能得到红光、橙光，至多是绿光。n n反斯托克斯发光反斯托克斯发光发光中心
33、得到一部分振动能升到较高的激发态。从发光中心得到一部分振动能升到较高的激发态。从激发态到基态的跃迁所伴随的发光的能量就比激发激发态到基态的跃迁所伴随的发光的能量就比激发能量高，发光的波长比激发光的波长短能量高，发光的波长比激发光的波长短激光致冷：利用反斯托克斯现象不断将物体的振动激光致冷：利用反斯托克斯现象不断将物体的振动能以光的形式发射出去，使物体温度降低能以光的形式发射出去，使物体温度降低第51页/共64页热释发光热释发光n n当激发发光体后，发光将逐渐衰减，直至发光消当激发发光体后，发光将逐渐衰减，直至发光消失。随后，逐渐升高发光体的温度，有的发光材失。随后，逐渐升高发光体的温度，有的发
34、光材料又会逐渐发光，并逐渐变强，在某一温度时达料又会逐渐发光，并逐渐变强，在某一温度时达到最大值后又逐渐变弱，这种变化随着温度的上到最大值后又逐渐变弱，这种变化随着温度的上升，可以重复几次，直到高温时发光才消失升，可以重复几次，直到高温时发光才消失激发过程中，有电子掉进了深度不同的陷阱，陷阱中的电子回到导带的几率为温度T大，则P大，即导带中的电子数目增多，复合的次数增多，发光增强。陷阱中的电子数目是有限的，这些电子耗尽了，即使继续升温，也没有可以参与复合的电子，因此不再发光。陷阱可有不同深度，使电子释放出来所需的温度就有高有低第52页/共64页上转换发光上转换发光n n如果一个激发光光子产生如
35、果一个激发光光子产生一个发射光光子，发射光一个发射光光子，发射光子的能量必然不会大于激子的能量必然不会大于激发光光子的能量发光光子的能量n n上转换发光上转换发光上转换发光上转换发光：如果发光材：如果发光材料能够吸收两个或多个光料能够吸收两个或多个光子而产生一个光子，可能子而产生一个光子，可能发射出波长短的光发射出波长短的光上转换发光可以由激发态上转换发光可以由激发态吸收或连续能量传递产生吸收或连续能量传递产生第53页/共64页Tm（铥）（铥）n n第1个光子激发到3F2能级可能弛豫到3H4n n第2个光子跃迁至1D2第54页/共64页交叉弛豫（吸收雪崩）交叉弛豫（吸收雪崩）n n易发生在基态
36、对激发光的吸收比激发态弱离子间相互作用强的体系转换过程处于E2的离子和处于基态G的另一个离子相互作用，发生交叉弛豫交叉弛豫A离子E2上电子跃迁到E1，同时B离子基态的电子跃迁到E1，导致E1的电子数增加2个第55页/共64页逐次传递能量逐次传递能量n n双掺杂体系一种为能量供体；另一种为能量受体供体供体受体受体第56页/共64页电致（场致）发光材料电致（场致）发光材料n nElectroluminescence由直流或交流电场作用在物质上所产生的发光现象，电能直接转变为光能，且无热辐射产生n n电致发光机理：1、本征式电致发光2、注入式电致发光第57页/共64页本征式电致发光本征式电致发光高场
37、高场n n高场电致发光高场电致发光利用电场直接激励电子，高能电子与空穴复合而发利用电场直接激励电子，高能电子与空穴复合而发光光电子的能量来自数量级为电子的能量来自数量级为10108 8V/mV/m的高电场的高电场ITO：InSnO2，Indium Tin OxideZnS:Cu,Cl或(Zn,Cd)S:Cu,Br第58页/共64页注入式电致发光注入式电致发光低场低场n np-n结无电压：耗尽层形成势垒，阻碍电子和空穴的进一步扩散施加正向低电压时，耗尽层减薄，电子和空穴分别注入到p区或n区进行复合，同时以光的形式辐射出多余的能量第59页/共64页等离子发光材料等离子发光材料n n发光原理发光原理
38、等离子体：高度电离化的多种粒子存在空间，其等离子体：高度电离化的多种粒子存在空间，其中带电粒子有电子、正离子（或负离子），不带中带电粒子有电子、正离子（或负离子），不带电粒子有气体原子、分子、受激原子、亚原子等电粒子有气体原子、分子、受激原子、亚原子等采用不同的工作物质可以产生不同波长的光，这采用不同的工作物质可以产生不同波长的光，这种工作物质称为等离子发光材料种工作物质称为等离子发光材料n n利用了稀有气体中冷阴极辉光放电效应利用了稀有气体中冷阴极辉光放电效应第60页/共64页激光材料激光材料激光激光与与普通光普通光的根本区别：激光具有极高的光子简并度的根本区别：激光具有极高的光子简并度 （处于同一量子态中的光子数）（处于同一量子态中的光子数）n n激光特点激光特点方向性好，亮度高，能量集中方向性好，亮度高，能量集中 单色性好单色性好 相干性好相干性好 激光传递信息的容量大激光传递信息的容量大 高简并度的强激光，其场强远大于高简并度的强激光，其场强远大于 库仑场强，引起新的物理效应库仑场强，引起新的物理效应1017103第61页/共64页激光发光机制激光发光机制63光的自发辐射过程光的自发辐射过程光的受激吸收过程光的受激吸收过程光的受激发射过程光的受激发射过程第62页/共64页激光产生激光产生n n必要条件粒子数反转分布减少振荡模式（开式光学谐振腔）第63页/共64页