材料科學課件：第九章 材料的電子結(jié)構(gòu)與物（二）

1、 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 第九章第九章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能（二）與物理性能（二） 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.4 材料的光學性能材料的光學性能9.4.1 光的吸收與透射光的吸收與透射光子的能量為：光子的能量為：Eh hc光束照射到某種材料上時，將產(chǎn)生光的反射與折射、光的吸收與透射光束照射到某種材料上時，將產(chǎn)生光的反射與折射、光的吸收與透射不同的材料會有不同的光吸收行為不同的材料會有不同的光吸收行為金屬中，因為價帶與導帶是重疊的，

2、之間沒有空隙，因此不管入射光的能量金屬中，因為價帶與導帶是重疊的，之間沒有空隙，因此不管入射光的能量 h是多少是多少 ，電子都可以吸收它而躍遷到一個新的能態(tài)上去，所以金屬能吸收，電子都可以吸收它而躍遷到一個新的能態(tài)上去，所以金屬能吸收各種波長的光，因此金屬是不透明的。各種波長的光，因此金屬是不透明的。式中，式中，h為普克朗常數(shù)（為普克朗常數(shù)（6.621034J/s） ， 為光的頻率；為光的頻率；c為光速（為光速（3 108m/s)對大多數(shù)絕緣體材料對大多數(shù)絕緣體材料在價帶與導帶之間有大在價帶與導帶之間有大的能隙，電子不能獲得的能隙，電子不能獲得足夠的能量逃逸出價帶，足夠的能量逃逸出價帶，因此也

3、就不能發(fā)生吸收因此也就不能發(fā)生吸收 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 如果光子不與材料缺陷有交互作用，絕緣材料就是透明的，如玻璃、如果光子不與材料缺陷有交互作用，絕緣材料就是透明的，如玻璃、高純度的結(jié)晶陶瓷和無定形聚合物都是這種情況。高純度的結(jié)晶陶瓷和無定形聚合物都是這種情況。對半導體而言，其能隙小于絕緣體，如果是本征半導體，當入射的光對半導體而言，其能隙小于絕緣體，如果是本征半導體，當入射的光子能量大于能隙，價帶中的電子就被激發(fā)到導帶中去子能量大于能隙，價帶中的電子就被激發(fā)到導帶中去本征吸收本征吸收 如對硅和鍺（能隙分別為如對硅和鍺

4、（能隙分別為1.1eV和和0.7eV），較短波長的光（如可），較短波長的光（如可見光）不能透過，較長波長的光（如紅外光）則可以透過。見光）不能透過，較長波長的光（如紅外光）則可以透過。 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 對于摻雜半導體，只要光子的能量大于施主和受主的能級，就會產(chǎn)生吸收對于摻雜半導體，只要光子的能量大于施主和受主的能級，就會產(chǎn)生吸收 概括來說，絕緣體和半導體能透過長波長的光，因而是透明的，然而雜概括來說，絕緣體和半導體能透過長波長的光，因而是透明的，然而雜質(zhì)和缺陷可減少光子的透過質(zhì)和缺陷可減少光子的透過 一些雜質(zhì)會產(chǎn)生施

5、主和受主的能級，另一些缺陷（氣孔、晶界等）會使一些雜質(zhì)會產(chǎn)生施主和受主的能級，另一些缺陷（氣孔、晶界等）會使光子被散射，都會使材料變得不透明光子被散射，都會使材料變得不透明 結(jié)晶聚合物就比無定形聚合物更易吸收光子，因此是不透明的結(jié)晶聚合物就比無定形聚合物更易吸收光子，因此是不透明的 金屬吸收光子后價帶電子激發(fā)到導帶，然后又立即回落到能量較低的穩(wěn)金屬吸收光子后價帶電子激發(fā)到導帶，然后又立即回落到能量較低的穩(wěn)定態(tài)，并發(fā)射出與入射光相同波長的光子束，因此金屬具有反光性定態(tài)，并發(fā)射出與入射光相同波長的光子束，因此金屬具有反光性 即使是透明材料，入射光子束也會發(fā)生一些反射即使是透明材料，入射光子束也會發(fā)

6、生一些反射n 為折射率，折射率大的材料有為折射率，折射率大的材料有較大的反光性較大的反光性光束的反射率為：光束的反射率為：R = n n 12 100 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.4.2 材料的發(fā)光性能材料吸收外界能量后，其中部分能量以頻率在可見光范圍內(nèi)向外發(fā)射發(fā)光固體在平衡態(tài)（穩(wěn)態(tài)）下并不發(fā)光，只有外界以各種形式的能量使固體中的電子或空穴處于激發(fā)態(tài)后才可能有發(fā)光現(xiàn)象對于金屬，價帶和導帶重疊，沒有能隙，光吸收后發(fā)射光子的能量很小，其波長大于可見光的波長，因此不顯發(fā)光現(xiàn)象對于一些陶瓷和半導體材料，能隙大小與可見光子能量相當，就

7、可產(chǎn)生發(fā)光 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 當價帶和導帶間有能隙為Eg，有外界激發(fā)源使價帶中的電子躍遷到導帶，電子在高能態(tài)不穩(wěn)定，只停留很短的時間（108s左右）就自發(fā)地返回低能級的價帶中，并相應(yīng)地發(fā)出光子，其波長為： hc/ Eg，一旦外界激發(fā)源去除，發(fā)光現(xiàn)象很快消失之稱為熒光另一類材料，含有雜質(zhì)或缺陷，如ZnS中含有少量的銅、銀、金，或ZnO中含有極微過量的Zn，微量雜質(zhì)在能隙中引入施主能級，被激發(fā)到導帶中的電子在返回價帶之前先落入了施主能級并被俘獲住停留一段較長時間，電子在逃脫這個陷阱之后才返回價帶的低能級，并相應(yīng)地放出光子，

8、其 hc/ (EgEd) 由于這種發(fā)光能持續(xù)一段較長時間，故稱之為磷光 磷光和熒光的分界是激發(fā)源去除后，發(fā)光時間短于108s的為熒光，時間長于此的為磷光 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 圖中圖中A電子從電子從E2返回返回E1并放出一個光子并放出一個光子h E2E1，此即為此即為受激輻射受激輻射如果沒有如果沒有外界外界光子的作用，光子的作用，電子也可自發(fā)從高能級躍遷到低能級并產(chǎn)生輻射，此之為電子也可自發(fā)從高能級躍遷到低能級并產(chǎn)生輻射，此之為自發(fā)輻射自發(fā)輻射只有能量為只有能量為 h E2E1 的光子才能引起受激輻射，其特點是：的光子才能

9、引起受激輻射，其特點是：如果一個能量為如果一個能量為h 的光子引發(fā)了受激輻射，其產(chǎn)生的光子也是的光子引發(fā)了受激輻射，其產(chǎn)生的光子也是 h ，這樣與原，這樣與原來的一個光子一起就有了兩個能量都是來的一個光子一起就有了兩個能量都是 h 的光子，讓這兩個光子繼續(xù)去引發(fā)，的光子，讓這兩個光子繼續(xù)去引發(fā)，就可得到更多相同能量的光子就可得到更多相同能量的光子與普通光源不同，受激輻射光由入射光引發(fā)而產(chǎn)生，位相偏振等都與入射光相與普通光源不同，受激輻射光由入射光引發(fā)而產(chǎn)生，位相偏振等都與入射光相同，因此能有較好的相干性。同，因此能有較好的相干性。但在外界但在外界光子引發(fā)受激輻射的同時也發(fā)生吸收過程，且在通常情

10、況下外界光子光子引發(fā)受激輻射的同時也發(fā)生吸收過程，且在通常情況下外界光子被吸收的可能性更大，引發(fā)受激輻射的可能性則很小，此因處于低能態(tài)原子很多被吸收的可能性更大，引發(fā)受激輻射的可能性則很小，此因處于低能態(tài)原子很多關(guān)于激光（即受激發(fā)射光）關(guān)于激光（即受激發(fā)射光）材料在外界光子的作用下，電子從低能級E1躍遷到E2，此為光的吸收過程而原處于高能態(tài)的電子在外界光的作用下又返回低能級（圖924）， 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 要維持連續(xù)不斷的受激輻射，只有讓高能級的原子數(shù)大于低能級的原子數(shù)，才可要維持連續(xù)不斷的受激輻射，只有讓高能級的原子

11、數(shù)大于低能級的原子數(shù)，才可使受激輻射的幾率大于吸收幾率使受激輻射的幾率大于吸收幾率產(chǎn)生激光的必要條件產(chǎn)生激光的必要條件粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)不容易，因為外來光束使低能級原子激發(fā)到高能態(tài)，其在高能態(tài)實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)不容易，因為外來光束使低能級原子激發(fā)到高能態(tài)，其在高能態(tài)只能維持只能維持108s左右，然后就自發(fā)遷回至低能態(tài)左右，然后就自發(fā)遷回至低能態(tài)后來人們發(fā)現(xiàn)有的氦氖氬以及稀有元素釹（后來人們發(fā)現(xiàn)有的氦氖氬以及稀有元素釹（Nd）、鉻錳等，它們有特殊的亞穩(wěn)）、鉻錳等，它們有特殊的亞穩(wěn)態(tài)能級，即原子在這種高能級上駐留較長時間而不發(fā)生躍遷，此即為實現(xiàn)粒子反態(tài)能級，即原子在這種高能級上駐留較長

12、時間而不發(fā)生躍遷，此即為實現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn)提供可能轉(zhuǎn)提供可能右下圖是右下圖是Al2O3紅寶石激光器中紅寶石激光器中Cr的躍遷和受激輻射的能級變化，的躍遷和受激輻射的能級變化，E2即為其即為其亞穩(wěn)態(tài)，在最初平衡態(tài)各能級的粒子數(shù)亞穩(wěn)態(tài)，在最初平衡態(tài)各能級的粒子數(shù) n1 n2 n3 ，在在E2能級的原子可維持較長時間（能級的原子可維持較長時間（3 103s），這樣就可不斷地把低能級（），這樣就可不斷地把低能級（E1）粒子）粒子搬到能級搬到能級E2上，最后達到了上，最后達到了n2n1，如此便產(chǎn)生了，如此便產(chǎn)生了激光，但還是短壽命和微弱的。激光，但還是短壽命和微弱的。經(jīng)過光諧振器使光子不斷增殖，最后產(chǎn)生很強的

13、經(jīng)過光諧振器使光子不斷增殖，最后產(chǎn)生很強的相位相同的單色光。相位相同的單色光。 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.5 材料的熱學性能材料的熱學性能 包括熱容、熱膨脹和熱導包括熱容、熱膨脹和熱導9.5.1 摩爾熱容摩爾熱容 1mol的材料溫度升高的材料溫度升高1或或1K所需要的熱量，常以摩爾定壓熱容所需要的熱量，常以摩爾定壓熱容cp 或或摩爾定容熱容摩爾定容熱容cv 表示表示實驗證實，任何材料在較高溫度時實驗證實，任何材料在較高溫度時cv 都趨于一個恒定值，都趨于一個恒定值，cv 3R25J mol1 K1 金屬材料在室溫以上其金屬

14、材料在室溫以上其cv就很快接就很快接近近3R 陶瓷材料則要在陶瓷材料則要在1000左右才趨于左右才趨于3R（右圖）（右圖） 只有在低溫時材料的熱容才很快地只有在低溫時材料的熱容才很快地降低降低材料的熱容除以其摩爾質(zhì)量，就是材料的熱容除以其摩爾質(zhì)量，就是材料的比熱容材料的比熱容金屬材料可根據(jù)摩爾熱容（金屬材料可根據(jù)摩爾熱容（cv 25J mol1 K1）計算其比熱容）計算其比熱容高溫時金屬和陶瓷材料的摩爾熱高溫時金屬和陶瓷材料的摩爾熱容無什么區(qū)別，材料的結(jié)構(gòu)如位容無什么區(qū)別，材料的結(jié)構(gòu)如位錯密度、空位和晶粒大小都對摩錯密度、空位和晶粒大小都對摩爾熱容影響很小爾熱容影響很小 材料科學基礎(chǔ) 之之 第

15、第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 晶體中原子作熱振動時，任一原子在偏離其平衡位置時都受到一回復力作用，其大小與位移成正比，即 F F K Kx x，因此可看作是簡諧運動當一個原子作簡諧運動，也會使相鄰原子偏離其平衡位置，這種振動像彈性波一樣在晶體內(nèi)傳播對每個原子，如忽略自由電子對比熱容的貢獻，其振動能量只是正離子的熱振動造成把其看作一個諧振子晶體中如有晶體中如有N個原子，則點陣能量就是個原子，則點陣能量就是N個諧振子能量的總和個諧振子能量的總和簡諧振子簡諧振子可作三維振動，每個振動自由度的能量為kT 12kT位能位能12kT動能動能則總能量為 E(3N)(

16、kT)3NkT照定義，摩爾定容熱容cv為：cv = 1nN3 nkdEdT3NAk 3R式中，k 是玻爾茲曼常數(shù)；n 是摩爾數(shù)；NA是阿伏加德羅常數(shù)；R 為氣體常數(shù)杜隆珀替定律杜隆珀替定律表明任何固體的摩爾定容熱容都是一常數(shù)，與物質(zhì)的種類及溫度無關(guān)，這與高溫下實驗結(jié)果一致，但溫度較低時，則不符合此定律 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.5.2 熱膨脹熱膨脹雙原子模型討論熱膨脹規(guī)律雙原子模型討論熱膨脹規(guī)律設(shè)兩個原子中的一個固定在原點，另一個原子的平衡位置為設(shè)兩個原子中的一個固定在原點，另一個原子的平衡位置為 0（下圖），離開平衡位置

17、的（下圖），離開平衡位置的位移以位移以 表示，即位移后的位置為表示，即位移后的位置為 0 ，兩個原子相互作用的勢能為兩個原子相互作用的勢能為 u( )u ( 0 )如對如對 0 展開展開u ( )u ( 0 ) + 21 213 3式中式中 d3 ud 3 0 12此時的勢能曲線此時的勢能曲線(實線）就不再是對稱的，實線）就不再是對稱的，原子振蕩時的平均位置不再是平衡位置原子振蕩時的平均位置不再是平衡位置 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 隨著溫度的上升，振蕩的增強隨著溫度的上升，振蕩的增強向右方移到了，即增大了兩原向右方移到了，即增

18、大了兩原子間的距離，從而顯示出熱膨子間的距離，從而顯示出熱膨脹現(xiàn)象脹現(xiàn)象由此說明材料的熱由此說明材料的熱膨脹是由于原子的非簡諧振動膨脹是由于原子的非簡諧振動（從而是非線性振動）產(chǎn)生的。（從而是非線性振動）產(chǎn)生的。圖圖927還說明，如原子間的結(jié)合能大，則勢能曲線的能谷越還說明，如原子間的結(jié)合能大，則勢能曲線的能谷越低或勢阱越深，即熱膨脹就越困難，給定溫度下的熱膨脹系數(shù)低或勢阱越深，即熱膨脹就越困難，給定溫度下的熱膨脹系數(shù)就越小，就越小，材料的熔點是結(jié)合能大小的標志，熔點越高的金屬，材料的熔點是結(jié)合能大小的標志，熔點越高的金屬，其線膨脹系數(shù)其線膨脹系數(shù) 就越小就越小 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9

19、章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 材料的熔點是結(jié)合能大小的標志，熔點越高的金屬，其線膨脹材料的熔點是結(jié)合能大小的標志，熔點越高的金屬，其線膨脹系數(shù)系數(shù) 就越小（見圖）就越小（見圖） 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.5.3 導熱性能導熱性能熱導率熱導率 k 是材料傳熱速率的度量，有是材料傳熱速率的度量，有 kQA T是在溫度梯度是在溫度梯度 T/ 下每秒鐘通過截面積下每秒鐘通過截面積 A 傳遞熱量傳遞熱量 Q 的比例常數(shù)的比例常數(shù)（與擴散第一定律相似）（與擴散第一定律相似）金屬中熱的傳導主要靠自由電子

20、，因此導熱性與導電性有一定金屬中熱的傳導主要靠自由電子，因此導熱性與導電性有一定關(guān)系關(guān)系k TL 2.3108W K2式中，式中， 為電導率；為電導率；L 為洛倫茲常數(shù)為洛倫茲常數(shù) 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 金屬中的點陣缺陷如空位位錯、顯微組織以及加工工藝也金屬中的點陣缺陷如空位位錯、顯微組織以及加工工藝也會影響其導熱性能如冷加工、固溶強化以及多相組織都會降會影響其導熱性能如冷加工、固溶強化以及多相組織都會降低材料的導熱性能低材料的導熱性能在陶瓷及其他絕緣材料中，因為禁帶能隙太大，電子不能在陶瓷及其他絕緣材料中，因為禁帶能隙太

21、大，電子不能被激發(fā)到導帶，因此被激發(fā)到導帶，因此不能靠電子導熱不能靠電子導熱，這時主要靠聲子來導，這時主要靠聲子來導熱，熱，聲子是晶格熱振動時的量子化描述聲子是晶格熱振動時的量子化描述，在晶格的原子熱振，在晶格的原子熱振動時，其熱能的吸收或傳遞都是靠一個個聲子進行的，聲子動時，其熱能的吸收或傳遞都是靠一個個聲子進行的，聲子的能量為的能量為 h ， 是振動頻率，因此許多陶瓷在高溫時的導熱是振動頻率，因此許多陶瓷在高溫時的導熱性能有所改善性能有所改善對于半導體，其傳熱既對于半導體，其傳熱既依靠聲子也依靠電子依靠聲子也依靠電子，低溫時聲子，低溫時聲子是能的主要載體，而在高溫時由于半導體的能隙變得小些

22、，是能的主要載體，而在高溫時由于半導體的能隙變得小些，電子易獲得足夠的能量被激發(fā)到導帶起傳熱作用，即半導體電子易獲得足夠的能量被激發(fā)到導帶起傳熱作用，即半導體在高溫時其熱導率顯著增加。在高溫時其熱導率顯著增加。 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 聲子用來描述晶格的簡諧振動，是固體理論中很重要的一聲子用來描述晶格的簡諧振動，是固體理論中很重要的一個概念。按照量子力學，物體是由大量的原子構(gòu)成，每種個概念。按照量子力學，物體是由大量的原子構(gòu)成，每種原子又都含有原子核和電子，因此固體內(nèi)存在原子核之間原子又都含有原子核和電子，因此固體內(nèi)存在原子

23、核之間的相互作用、電子間的相互作用還有原子核與電子間的相的相互作用、電子間的相互作用還有原子核與電子間的相互作用。電子的運動規(guī)律可以用密度泛函理論得到，互作用。電子的運動規(guī)律可以用密度泛函理論得到，那么那么原子核的運動規(guī)律就用聲子來描述原子核的運動規(guī)律就用聲子來描述。當然這兩個理論（密。當然這兩個理論（密度泛函和聲子）都是近似的，因為解析的嚴格解到目前為度泛函和聲子）都是近似的，因為解析的嚴格解到目前為止還沒有得到。而要嚴格的按照多體理論來描述這么大量止還沒有得到。而要嚴格的按照多體理論來描述這么大量的原子和電子組成的系統(tǒng)，無論解析還是數(shù)值模擬都是一的原子和電子組成的系統(tǒng)，無論解析還是數(shù)值模擬

24、都是一個未知數(shù)。個未知數(shù)。 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.6 功能材料舉例功能材料舉例9.6.1 光導纖維光導纖維選用選用A族元族元素構(gòu)成半導體化素構(gòu)成半導體化合物如合物如GaAs、GaAlAs和和InGaAsP等等它們的能隙正好它們的能隙正好使發(fā)射的光子處使發(fā)射的光子處于可見光譜范圍于可見光譜范圍并留下空穴，當電子返回價帶與空穴結(jié)合時，就產(chǎn)生一個能量與波長等同于并留下空穴，當電子返回價帶與空穴結(jié)合時，就產(chǎn)生一個能量與波長等同于GaAs能隙的光子，這個光子又可使導帶中的電子產(chǎn)生受激輻射，于是產(chǎn)生波長能隙的光子，這個光子又可使導

25、帶中的電子產(chǎn)生受激輻射，于是產(chǎn)生波長與第一個光子同相的光子與第一個光子同相的光子該過程不斷繼續(xù)下去便造成放大的相干單色光束，在激光器的兩端，一端是全反該過程不斷繼續(xù)下去便造成放大的相干單色光束，在激光器的兩端，一端是全反射的鏡面，一端可容許少量的激光束透過，以便作為采集的光信號射的鏡面，一端可容許少量的激光束透過，以便作為采集的光信號在激光發(fā)射器，施加一電壓時，即可使價帶電子躍遷至導帶，在激光發(fā)射器，施加一電壓時，即可使價帶電子躍遷至導帶， 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 要使光學玻璃纖維能在長距離內(nèi)要使光學玻璃纖維能在長距離內(nèi)有效

26、地傳輸，玻璃有效地傳輸，玻璃必須非常透明必須非常透明，且不能有任何漏損，且不能有任何漏損因此光纖由兩層折射率不同的玻因此光纖由兩層折射率不同的玻璃纖維組成，且璃纖維組成，且芯部的材料的折芯部的材料的折射率要高于外層材料射率要高于外層材料，才不會使，才不會使光折射進入外層光纖。光折射進入外層光纖。但若兩種玻璃的界面上折射率有但若兩種玻璃的界面上折射率有突變時（右圖突變時（右圖a），光束在光纖），光束在光纖的行進中也有較多的劇烈轉(zhuǎn)折，的行進中也有較多的劇烈轉(zhuǎn)折，光束的傳輸路程要比光纖的實際長度大的多，導致信號的減弱并失真光束的傳輸路程要比光纖的實際長度大的多，導致信號的減弱并失真改進辦法改進辦法使

27、界面的折射率變化變得平緩使界面的折射率變化變得平緩，可使光束行進時也是逐漸改變方向可使光束行進時也是逐漸改變方向，減少了轉(zhuǎn)折，亦即減少了行進的實際路程，減少了轉(zhuǎn)折，亦即減少了行進的實際路程（圖（圖b）在芯部纖維表面上摻入在芯部纖維表面上摻入B2O3或或GeO2就可逐漸降低內(nèi)表層的折射率就可逐漸降低內(nèi)表層的折射率光子到達接收器的光子到達接收器的p-n結(jié)二極管時，即變成電信號并被放大結(jié)二極管時，即變成電信號并被放大此即信號接收，光此即信號接收，光學的無中繼距離一般為學的無中繼距離一般為3070公里公里，若采用摻稀土雜質(zhì)的石英光纖制作的光纖激，若采用摻稀土雜質(zhì)的石英光纖制作的光纖激光器，兼有放大作用

28、，并可解決損耗問題。光器，兼有放大作用，并可解決損耗問題。 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 9.6.2 磁性材料右圖為磁滯回線，可表示對各種材料的磁性能要求 對變壓器之類的軟磁性材料，要有高的磁導率和高的磁飽和強度，而磁滯損耗（正比于磁滯回線圍著的面積）和渦流損耗要小一般的硅鋼片（Fe-Wsi 3）中的硅增加了磁化強度，也大大減小渦流損耗，尤其是經(jīng)過冷扎與再結(jié)晶退火后，形成了UU板織構(gòu)（100）001 ，即鋼板內(nèi)的晶體（100）001 與軋制方向平行，鐵中最易磁化的方向就是 001 ，其相對磁導率r 比晶體任意排列時提高30倍近年來采用金屬玻璃片制作大鐵心，因材料內(nèi)部沒有晶界、位錯和晶體缺陷，磁疇只需在很小外磁場下就可運動，其磁損耗只有硅鋼片的1/3。UU 材料科學基礎(chǔ) 之之 第第 9 章章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能 計算機中的磁盤和磁帶，要求快速存儲信息，從而磁飽和度要低；磁性信息材料還要求能磁性信息材