《光功能与复合材料》PPT课件

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1、1上节回顾:电子能带和直接带间跃迁间接带间跃迁带内跃迁2光的发射发光：由于电子从较高的能态跃迁到较低空能态而发射光子，同时可能伴随热量的产生（声子）荧光：纳秒或更快；磷光：微秒或毫秒；余晖：秒磷光材料：ZnS,钨酸盐；Zn过剩的ZnO,许多有机物光致发光；场致发光：由于应用电场引起；阴极发光(cathodoluminescence)：由于高能电子照射物体表面引起。自发辐射(SpontaneousEmission)根据电子跃迁所需时间，发射的光可分为：根据发光产生的原因，可分为：电视机屏幕（ZnS；掺银蓝

2、色；掺铜绿色）荧光灯：钨酸盐，硅酸盐；由于水银辉光放电产生的紫外光照射电子显微镜的图像:由于磷光剂，比如ZnS蜡烛，白炽灯等3受激辐射（激光）(StimulatedEmission)LASER:lightamplificationbystimulatedemissionofradiation特点：单色性；准直性（collimation）产生过程：发射光子，能量；发射的光子可以激励第二个电子的到低能级，同时位相相干；最终大量的光子产生。条件：电子占据数的反转，并且电子能够在高能态停留一定时间4泵浦效率(p

3、umpingefficiency)和占据数反转（populationinversion）在两能级体系中相互制约，所以不会产生激光行为。测不准原理：三能级激光：非辐射、声子辅助的衰退用虚线表示，E2、E3分别是高反转数和高泵浦效率的能级四能级激光5He-Ne激光（a）激光谐振腔示意图；（b）He和Ne的能级示意图。电子在电场下加速，通过电子-原子碰撞激发He气，一些He能级与Ne能级共振，通过共振能量传递使Ne原子激发，这使得电子非常有效的注入到Ne的2s和3s能级（电子和Ne原子的直接碰撞也有贡献）。6

4、半导体激光腔体包括重掺杂的n-和p-型半导体材料，如GaAs。在正偏压下，在耗尽区存在电子的反转直接带隙半导体材料比间接带隙半导体具有高很多的发光效率。声子的参与使得电子复合时间变长（0.25s），此时间内电子和空穴可以和材料内的缺陷态发生某种非辐射的复合间接带隙半导体中的直接带间跃迁导致的电子注入和声子参与的间接电子复合正偏压下重掺杂半导体的能带示意图和半导体激光器结构示意图7300K下一些三元和四元化合物半导体的晶格常数、能隙、发射波长。二元化合物之间的线表示三元。阴影表示间接带间跃迁。8同质结和异

5、质结激光量子阱激光同质结二极管激光器的耗尽层附近声子分布示意图活跃区包含n型掺杂GaAs层的双异质结激光器的示意图单量子点结构的能带结构9发光二极管（Light-EmittingDiodes(LED)）原理和半导体激光类似，只是表面没有处理色彩图，其中一些商用的二极管被标出10液晶显示器不发射光，依靠外部光照。液晶显示器单元示意图（a）透光模式；（b）不通光模式，所加电压改变了液晶分子的取向。11发射平板显示器（Emissiveflat-paneldisplays）电致发光器件：在导电材料Al和ITO间

6、加脉冲电压，电子注入到磷光材料中，当电压超过一定值，电子加速并激发磷光材料中活跃原子如ZnS中的Mn到更高能级，电子跃回发生光子。ZnS:Mn:橘黄ZnS:Tb和SrS:Ce：绿等等离子显示器件：和荧光灯类似。He/Ne气体等在较高的交流电压下放电，产生等离子体，电子和离子的复合产生高能光子（如紫外），被磷光剂吸收而发射可见光。场发射显示器：和阴极射线管类似。通过尖端场发射发射电子，然后打到磷光剂上发光。12光存储器件13晶体管换相器：具有小强度的一束光能够激发具有高强度光的发射。光学计算机晶体管换相器

7、中的光波示意图，窗口的反射率大约90%。(a)形成干涉：腔体的长度等于半波长的整数倍；(b)没有形成相干，前进波和反射波的总和降低了光强。非线性光学材料：光强的变化改变材料的折射率。“AND”门14X射线一束电子被强的电场向电极加速，会产生连续X射线和单色（特征）x射线。连续x射线由于原子中电场减速电子而引起，特征X射线依赖于材料的电子结构如图所示。一定加速电压下发射的连续X射线的强度随波长的变化示意图。激发K电子和空位被L电子填充而引起的特征X射线发射示意图。KαX射线：L-K；KβX射线：M-K。1

8、5光功能复合材料光功能复合材料是指具有光学或光电功能特性的复合材料，它可以由具有光功能特性的功能体与普通基体复合而成，也可以由具有光功能特性的功能体与具有光功能特性的基体复合而成。透光功能复合材料通常所说的透光复合材料主要指玻璃纤维增强透明基体的复合材料，其透明基体可以是透明的聚合物、玻璃、单晶或玻璃陶瓷等。透明玻璃纤维增强塑料，俗称透明玻璃钢是目前最常用的聚合物基透光复合材料，它是以玻璃纤维（直径6-10μm）与不饱和聚酯或丙烯酸酯复合而