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2第九讲光学材料OpticalMaterials3主要内容发光材料红外光学材料固体激光材料光色材料4•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5•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6•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7•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。8•科学研究、工农业生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9•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10发光材料11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12•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多是激活型发光材料。13•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14•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。15•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16•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...
