光学材料 含(发光材料 红外光学材料 固体激光材料 光色材料)

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1、现代新型材料与纳米材料NewMaterialsandNanometer-Materials（9）材料科学与工程学院刘颖教授主讲1第九讲光学材料OpticalMaterials2主要内容发光材料红外光学材料固体激光材料光色材料3光充满着整个宇宙，各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光、紫外光，以及X射线等。人类生活在光的世界里，白天靠日光，黑夜靠灯光，夜间还要靠星光。要利用光，就要创造工具，就要有制造工具的材料—光学材料。太阳光星光灯光4自然中存在一些天然光学材料：我国的夜明珠、发光壁；印度的蛇眼石、叙利亚的孔雀暖玉等。这些材料具有奇

2、异的发光现象，能在无光环境下放出各种色泽的晶莹光辉。由于这些光学材料稀有，被视为人间珍宝，成为权力和财富的象征。夜明珠珍珠猫眼石5春秋战国时期，墨子就研究光的传播规律，出现了最古老的光学材料—青铜反光镜。17世纪，瑞士人纪南熔制出光学玻璃，主要用于天文望远镜；随后，欧洲出现了望远镜和三色棱镜，人造光学玻璃成为主要光学材料。20世纪初，以望远镜、显微镜、光谱仪以及物理光学仪器四大类为主体，建立了光学工业。青铜镜望远镜6光学材料在国民经济和人民生活中发挥重要作用。一副直径5厘米左右的光学眼镜片就能消除眼疾给人带来的苦恼。7科学研究、工农业生

3、产和人类生活等需要使用显微镜、望远镜、经纬仪、摄像机等各种光学仪器，核心部分都是由光学材料制造的光学零件。光学材料已成为人类社会必不可少的功能材料。望远镜摄相机眼镜8光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和透射的方式，改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定要求和路径传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。光学材料包括光纤材料、发光材料、红外材料、激光材料和光色材料等。光学材料9发光材料10发光现象发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光向外辐射的过程，是热辐射外另一种能量辐射现象。光子是电子在受激高能态返回低

4、能态时发出的，当发出光子能量在1.8-3.1eV时，便是可见光。材料发光所需能量可从较高能量的电磁辐射(如紫外光)中得到，也可从高能电子或热能、机械能和化学能中得到。绿色极光荧光现象11发光材料是指吸收光照，然后转化为光的材料。发光材料的晶格要具有结构缺陷或杂质缺陷，材料才具有发光性能。结构缺陷是晶格间的空位等晶格缺陷，由其引起的发光称为自激活发光，所以制备发光材料采用合适的基质十分重要。如果在基质材料中有选择地掺入微量杂质在晶格中形成杂质缺陷，由其引起的发光叫激活发光，掺入的微量杂质一般都充当发光中心，称为激活剂。实际应用的发光材料大

5、多是激活型发光材料。12发光微观过程：材料发光时，吸收外界的能量，产生高能电子和空穴，高能电子和空穴经过相互碰撞，又产生能量较低的电子及空穴；这个过程一直持续下去，直到电子的能量降低到和发光体禁带能量相匹配为止，期间发出光子，产生光。红色极光半导体发光13发光的特征有三个：发光材料的发光颜色彼此不同，都有各自特征，选用不同的发光材料可得各种发光颜色。发光材料种类很多，发光颜色也覆盖整个可见光范围。材料的发光光谱可分为以下3种类型：宽带：半宽度一100nm，如CaWO4；窄带：半宽度一50nm，如Sr2(PO4)Cl：Eu3+；线谱：半宽

6、度一0.1nm，如GdVO4：Eu3+。究竟一种材料的发光光谱属于哪一类，既与基质有关，又与杂质有关。14发光的第二个特征是它的强度。发光强度随激发强度而变;激光出现前，电子束能量较高，强度较大，一般不发光或发光很弱的材料，在阴极射线激发下可发出可觉察的光或较强的光。激光出现后，其强度可以大于107W/cm2，在它激发下很容易引起发光。Samsung超薄CRT电视15发光的第三个特征是发光持续时间。最初发光分为荧光及磷光两种：荧光是在激发时发出的光，磷光是在激发停止后发出的光。瞬态光谱技术已把测量范围缩小到1ps(10-12s)以下，最

7、快的脉冲光输出已短到8fs(1fs=10-15s)，荧光及磷光的时间界限已不清楚。发光总是延迟于激发，当激发停止后，发光亮度从J0衰减到10％J0时，经历的时间为余辉时间。荧光现象磷光夜明珠16发光材料由此可划分为6个范围：极短余辉：＜1μs；短余辉：1-10μs；中短余辉：10-2-1ms；中余辉：1-100ms；长余辉：0.1-1s；极长余辉：＞1s17自然界中很多物质或多或少都可以发光，发光材料中既有无机化合物，也有有机化合物。发光材料使用最多的是粉末状多晶固体无机化合物，其次是单晶和薄膜。根据发光类型，可把发光材料分为光致发光材

8、料、阴极射线发光材料、X射线发光材料、场致发光材料、发光二极管等。蝴蝶翅膀上的磷粉具有发光现象磷光虾18光致发光材料光致发光是指发光材料从较高能量的光辐射(如紫外光)中得到能量，击发光子发光的现象，光致发光