材料物理講稿第10章

1、可見(jiàn)光：波可見(jiàn)光：波長(zhǎng)處于人眼長(zhǎng)處于人眼能夠感知范能夠感知范圍的那部分圍的那部分電磁波，波電磁波，波長(zhǎng)范圍很窄長(zhǎng)范圍很窄顏色隨波顏色隨波長(zhǎng)改變。長(zhǎng)改變。白光是各白光是各色光的混色光的混合合 電磁波在真空中的傳播速度電磁波在真空中的傳播速度c=3108m/s，且有，且有001c其中其中 0和和 0分別為真空中的介分別為真空中的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。電常數(shù)和磁導(dǎo)率。 其中其中 和和 分別為介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，分別為介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率， r和和 r分別為材料的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率。分別為材料的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率。rr1cv考慮光的量子性，將光看成粒子，其能量量子即考慮光的量子性，將光看

2、成粒子，其能量量子即為光子，光子的能量為光子，光子的能量hchE其中其中 為頻率，為頻率， 為波長(zhǎng)，為波長(zhǎng)，h為普朗克常數(shù)。為普朗克常數(shù)。 (a)吸收；吸收；(b)散射；散射；(b)透射；透射；(b), (c), (d)反射。反射。 0= T+ A+ R+ S 其中其中 T、 A、 R、 S分別是透射、吸收、反射、分別是透射、吸收、反射、散射的能流率。散射的能流率。用用 0除等式兩邊，則有除等式兩邊，則有 T+A+R+S=1 0TT0AA0RR0SS分別稱為透射率、吸收率、反射率和散射率。分別稱為透射率、吸收率、反射率和散射率。折射、反射、散射、吸收各有其微觀機(jī)制折射、反射、散射、吸收各有其微

3、觀機(jī)制光與固體中的原子、離子、電子等的相互作用光與固體中的原子、離子、電子等的相互作用第二：引起材料中電第二：引起材料中電子能態(tài)的改變。子能態(tài)的改變。光子能量恰好為孤立光子能量恰好為孤立原子兩能級(jí)差，將電原子兩能級(jí)差，將電子激發(fā)到高能級(jí)。光子激發(fā)到高能級(jí)。光子消失子消失吸收吸收 E=h ij 其中其中i、j為原子中電子的兩個(gè)能級(jí)，為原子中電子的兩個(gè)能級(jí)， E=Ei-Ej為為這兩個(gè)能級(jí)的能級(jí)差，這兩個(gè)能級(jí)的能級(jí)差， ij為能量恰好為這一能級(jí)為能量恰好為這一能級(jí)差的光子的頻率，差的光子的頻率，h為普朗克常數(shù)。為普朗克常數(shù)。只有能量為電子能級(jí)差的光子才能被吸收只有能量為電子能級(jí)差的光子才能被吸收可被

4、孤立原子吸收的光子是不多的?？杀还铝⒃游盏墓庾邮遣欢嗟?。固體中固體中能帶準(zhǔn)連續(xù)，不同能量（頻率）的光能帶準(zhǔn)連續(xù)，不同能量（頻率）的光子都有可能被吸收。子都有可能被吸收。吸收了光子的電子處于高能量的受激態(tài)吸收了光子的電子處于高能量的受激態(tài)不穩(wěn)不穩(wěn)定定又會(huì)按不同途徑衰變返回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射又會(huì)按不同途徑衰變返回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射不同波長(zhǎng)（能量）的電磁波不同波長(zhǎng)（能量）的電磁波受激電子又直接衰變回原能級(jí)受激電子又直接衰變回原能級(jí)發(fā)射與入射光發(fā)射與入射光同樣波長(zhǎng)的光波同樣波長(zhǎng)的光波反射反射費(fèi)米能級(jí)以上有許多費(fèi)米能級(jí)以上有許多空能級(jí)空能級(jí)可吸收不可吸收不同波長(zhǎng)的光子將電子同波長(zhǎng)的光子將電子激發(fā)到空能級(jí)上激

5、發(fā)到空能級(jí)上大部分被激發(fā)電子又大部分被激發(fā)電子又會(huì)衰變回基態(tài)，放出會(huì)衰變回基態(tài)，放出與所吸收的光子同波與所吸收的光子同波長(zhǎng)的光子長(zhǎng)的光子反射光反射光 金屬對(duì)不同波長(zhǎng)的光的反射能力不同金屬對(duì)不同波長(zhǎng)的光的反射能力不同反射光反射光的波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)不同顏色不同顏色不同當(dāng)光從材料當(dāng)光從材料1中通過(guò)界面進(jìn)入材料中通過(guò)界面進(jìn)入材料2時(shí)，在材料時(shí)，在材料1中入射光與界面法線所成的角即入射角為中入射光與界面法線所成的角即入射角為i1，在，在材料材料2中折射光與界面法線所成的角即折射角為中折射光與界面法線所成的角即折射角為i21 1 非金屬材料對(duì)光的折射非金屬材料對(duì)光的折射 21122121sinsinvvnn

6、iinn21：稱為材料：稱為材料2相對(duì)于材料相對(duì)于材料1的相對(duì)折射率，的相對(duì)折射率，n1、n2分別為材料分別為材料1、2的折射率，的折射率，v1、v2分別為材料分別為材料1、2中的光速。中的光速。其中其中 r和和 r分別為材料的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁分別為材料的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率。大多數(shù)非金屬材料的磁性很弱，導(dǎo)率。大多數(shù)非金屬材料的磁性很弱， r 1，有，有rrvcnrn由于由于 r1，材料的折射率總是大于，材料的折射率總是大于1的。的。大離子可以使原子的正負(fù)電荷中心產(chǎn)生較大的相大離子可以使原子的正負(fù)電荷中心產(chǎn)生較大的相對(duì)位移，對(duì)位移， r增大增大可用大離子構(gòu)成高折射率的可用大離子構(gòu)成高折

7、射率的材料，小離子構(gòu)成低折射率的材料。材料，小離子構(gòu)成低折射率的材料。 非均質(zhì)介質(zhì)（非立方晶系的晶體）：光線入射到非均質(zhì)介質(zhì)（非立方晶系的晶體）：光線入射到該介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，即出現(xiàn)兩條振動(dòng)方該介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，即出現(xiàn)兩條振動(dòng)方向相互垂直、轉(zhuǎn)播速度不等的折射線。向相互垂直、轉(zhuǎn)播速度不等的折射線。雙折射導(dǎo)致雙折射率：平行于入射面的光線的雙折射導(dǎo)致雙折射率：平行于入射面的光線的折射率為常數(shù)，與入射角無(wú)關(guān)，稱為常光折射折射率為常數(shù)，與入射角無(wú)關(guān)，稱為常光折射率率n0，嚴(yán)格服從折射定律；另一條與之垂直的光，嚴(yán)格服從折射定律；另一條與之垂直的光線不嚴(yán)格遵守折射定律，所構(gòu)成的折射率的大線不嚴(yán)格

8、遵守折射定律，所構(gòu)成的折射率的大小隨入射光方向變化，稱為非常光折射率小隨入射光方向變化，稱為非常光折射率ne。例如對(duì)石英，例如對(duì)石英，n0和和ne分別為分別為1.543和和1.552；對(duì)方；對(duì)方解石，解石，n0和和ne分別為分別為1.658和和1.486。一般沿晶體密堆方向一般沿晶體密堆方向ne較大。較大。光線垂直于或接近垂直于界面入射時(shí)，反射率光線垂直于或接近垂直于界面入射時(shí)，反射率2 2 非金屬材料對(duì)光的反射非金屬材料對(duì)光的反射 21212nnnnRn1、n2：兩種介質(zhì)的折射率。：兩種介質(zhì)的折射率。如果是從真空或空氣射入到某種材料，則有如果是從真空或空氣射入到某種材料，則有211nnRn：

9、該材料的折射率：該材料的折射率折射率高則反射率高折射率高則反射率高 光從介質(zhì)光從介質(zhì)1進(jìn)進(jìn)入介質(zhì)入介質(zhì)2后可后可發(fā)生連續(xù)多次發(fā)生連續(xù)多次的反射和折射，的反射和折射，反射光強(qiáng)是各反射光強(qiáng)是各次反射的總強(qiáng)次反射的總強(qiáng)度，透射光強(qiáng)度，透射光強(qiáng)是在介質(zhì)是在介質(zhì)2中中反復(fù)傳播過(guò)程反復(fù)傳播過(guò)程中吸收和散射中吸收和散射損失以及反射損失以及反射以外的光的總以外的光的總強(qiáng)度。強(qiáng)度。 3 3 非金屬材料對(duì)光的吸收非金屬材料對(duì)光的吸收 顯然顯然光子能量光子能量 E大于禁大于禁帶寬度帶寬度Eg將電將電子從滿價(jià)帶激發(fā)到子從滿價(jià)帶激發(fā)到空導(dǎo)帶上，并在價(jià)空導(dǎo)帶上，并在價(jià)帶留下一個(gè)空穴。帶留下一個(gè)空穴。 gEhchc為真空中

10、的光速，為真空中的光速， 和和 分別為光的分別為光的頻率和波長(zhǎng)頻率和波長(zhǎng) 禁帶較禁帶較寬的介電材寬的介電材料不純時(shí)也料不純時(shí)也可吸收光子可吸收光子雜質(zhì)和缺陷在禁雜質(zhì)和缺陷在禁帶中引入中間能帶中引入中間能級(jí)，使低能量光級(jí)，使低能量光子能夠?qū)㈦娮訌淖幽軌驅(qū)㈦娮訌臐M價(jià)帶激發(fā)到中滿價(jià)帶激發(fā)到中間能級(jí)或從中間間能級(jí)或從中間能級(jí)激發(fā)到空導(dǎo)能級(jí)激發(fā)到空導(dǎo)帶，吸收光子。帶，吸收光子。不同材料對(duì)電磁波（光）的吸收率與波長(zhǎng)的關(guān)系不同材料對(duì)電磁波（光）的吸收率與波長(zhǎng)的關(guān)系 紅外吸收，紅外吸收，與晶格振動(dòng)與晶格振動(dòng)有關(guān)，離子有關(guān)，離子的彈性振動(dòng)的彈性振動(dòng)與光子輻射與光子輻射發(fā)生諧振消發(fā)生諧振消耗能量所致耗能量所致 金

11、屬和半導(dǎo)體的金屬和半導(dǎo)體的禁帶寬度為禁帶寬度為0或很或很窄，對(duì)可見(jiàn)光有窄，對(duì)可見(jiàn)光有很大的吸收率。很大的吸收率。電子經(jīng)中間能電子經(jīng)中間能級(jí)返回滿價(jià)帶，級(jí)返回滿價(jià)帶，發(fā)射出兩個(gè)低發(fā)射出兩個(gè)低頻率光子頻率光子直接返回滿價(jià)直接返回滿價(jià)帶，與空穴結(jié)帶，與空穴結(jié)合，發(fā)射出原合，發(fā)射出原頻率的光子；頻率的光子；電子經(jīng)中間能級(jí)返電子經(jīng)中間能級(jí)返回滿價(jià)帶，發(fā)射出回滿價(jià)帶，發(fā)射出一個(gè)低頻率光子和一個(gè)低頻率光子和一個(gè)聲子一個(gè)聲子放熱放熱介質(zhì)的厚度為介質(zhì)的厚度為x，光射入介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度為，光射入介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度為I0，經(jīng)吸，經(jīng)吸收后的射出介質(zhì)的強(qiáng)度為收后的射出介質(zhì)的強(qiáng)度為I，吸收能量損失正比，吸收能量損失正比于光強(qiáng)度于光

12、強(qiáng)度I和厚度和厚度x，則有，則有 -dI= Idx IIxxII00dd I=I0e- x 稱為材料對(duì)光的吸收系數(shù)稱為材料對(duì)光的吸收系數(shù)吸收后的光強(qiáng)度吸收后的光強(qiáng)度隨材料厚度增大呈指數(shù)衰減隨材料厚度增大呈指數(shù)衰減朗伯特定律朗伯特定律例：空氣的例：空氣的 10-5cm-1，玻璃的，玻璃的 10-2cm-1，金屬，金屬的的 104105cm-1金屬實(shí)際上不透明。金屬實(shí)際上不透明。介質(zhì)中含有折射率不同的第二相粒子、晶界、氣介質(zhì)中含有折射率不同的第二相粒子、晶界、氣孔、夾雜物等不均勻結(jié)構(gòu)，使光偏離原來(lái)的折射孔、夾雜物等不均勻結(jié)構(gòu)，使光偏離原來(lái)的折射方向，從而引起光的散射。方向，從而引起光的散射。經(jīng)散射

13、后的射出介質(zhì)的光強(qiáng)度經(jīng)散射后的射出介質(zhì)的光強(qiáng)度 I=I0e-Sx其中其中I0為光射入介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度；為光射入介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度；x為介質(zhì)的厚度；為介質(zhì)的厚度；S稱為材料對(duì)光的散射系數(shù)。稱為材料對(duì)光的散射系數(shù)。一般通過(guò)透射率和反射率的測(cè)試間接測(cè)量吸收系一般通過(guò)透射率和反射率的測(cè)試間接測(cè)量吸收系數(shù)數(shù) 或散射系數(shù)或散射系數(shù)S。二者引起的光強(qiáng)度的總衰減。二者引起的光強(qiáng)度的總衰減 I=I0e-( +S)x Bouguer定律定律散射系數(shù)不僅與介質(zhì)中的缺陷（如散射顆粒）的散射系數(shù)不僅與介質(zhì)中的缺陷（如散射顆粒）的大小、分布、數(shù)量等有關(guān)，還與散射相和基體的大小、分布、數(shù)量等有關(guān)，還與散射相和基體的相對(duì)折射率有關(guān)。部

14、分散射強(qiáng)烈依賴于入射光的相對(duì)折射率有關(guān)。部分散射強(qiáng)烈依賴于入射光的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。在某一粒子直在某一粒子直徑下散射最大徑下散射最大 散射系數(shù)最大時(shí)的質(zhì)散射系數(shù)最大時(shí)的質(zhì)點(diǎn)直徑點(diǎn)直徑 ) 1(21 . 4maxndn：散射質(zhì)點(diǎn)與玻璃：散射質(zhì)點(diǎn)與玻璃基體的相對(duì)折射率，基體的相對(duì)折射率， 為入射光的波長(zhǎng)。為入射光的波長(zhǎng)。 S=KN R2N：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的散射質(zhì)點(diǎn)數(shù)；：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的散射質(zhì)點(diǎn)數(shù)；R：散射質(zhì)點(diǎn)的：散射質(zhì)點(diǎn)的平均半徑；平均半徑；K：基體與散射質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)折射率決：基體與散射質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)折射率決定的系數(shù)，當(dāng)兩者的折射率相近時(shí)為定的系數(shù)，當(dāng)兩者的折射率相近時(shí)為0。假設(shè)散射質(zhì)點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)為假設(shè)散射質(zhì)點(diǎn)的體積

15、分?jǐn)?shù)為V，則有，則有NRV334dKVRKVS2343散射質(zhì)點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，質(zhì)點(diǎn)直徑越大，散射散射質(zhì)點(diǎn)體積分?jǐn)?shù)一定時(shí)，質(zhì)點(diǎn)直徑越大，散射系數(shù)越小。系數(shù)越小。 反射、折射、散射、二次反射反射、折射、散射、二次反射強(qiáng)度為強(qiáng)度為I0的光線從的光線從介質(zhì)介質(zhì)1（假設(shè)為（假設(shè)為空氣或真空氣或真空）垂直空）垂直入射到厚入射到厚度 為度 為 x 的的材料（介材料（介質(zhì)質(zhì)2）中，）中，射出，至射出，至少有四次少有四次能量損失能量損失R為反射率，為反射率，n為介質(zhì)為介質(zhì)2的折射率。所以進(jìn)入介質(zhì)的折射率。所以進(jìn)入介質(zhì)2的光強(qiáng)度為的光強(qiáng)度為I0(1-R)，經(jīng)吸收和散射后其能量損失，經(jīng)吸收和散射后其能量損失 E23

16、=I0(1-R)1-e-( +S)x 其中其中 和和S分別為介質(zhì)分別為介質(zhì)2的吸收系數(shù)和散射系數(shù)。的吸收系數(shù)和散射系數(shù)。020111InnRIE光線到達(dá)介質(zhì)光線到達(dá)介質(zhì)2的右表面的強(qiáng)度只有的右表面的強(qiáng)度只有I0(1-R)e-( +S)x二次放射的能量損失二次放射的能量損失 E4=I0R(1-R)e-( +S)x 傳出介質(zhì)傳出介質(zhì)2的透射光強(qiáng)度只有的透射光強(qiáng)度只有I=I0(1-R)2e-( +S)x此時(shí)的此時(shí)的I/I0才是近似的透射率才是近似的透射率忽略了多次反忽略了多次反射后形成的透射光射后形成的透射光略低于實(shí)際測(cè)得的透射率略低于實(shí)際測(cè)得的透射率吸收系數(shù)、散射系數(shù)和反射率都影響透射率。吸收系數(shù)

17、、散射系數(shù)和反射率都影響透射率。非金屬材料吸收系數(shù)較低，對(duì)透射率影響不大。非金屬材料吸收系數(shù)較低，對(duì)透射率影響不大。其透射率的主要因素是散射系數(shù)。其透射率的主要因素是散射系數(shù)。宏觀和微觀缺陷，如第二相粒子、夾雜物、氣孔、宏觀和微觀缺陷，如第二相粒子、夾雜物、氣孔、孔洞等在相界面產(chǎn)生散射。孔洞等在相界面產(chǎn)生散射。與基體的相對(duì)折射率大，引起的散射與基體的相對(duì)折射率大，引起的散射損失大。損失大。一般陶瓷材料的氣孔直徑大約為一般陶瓷材料的氣孔直徑大約為1 m，用特殊的，用特殊的工藝消除大尺寸氣孔，使氣孔直徑減小到工藝消除大尺寸氣孔，使氣孔直徑減小到 0.01 m的數(shù)量級(jí)，散射系數(shù)可降低三個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)量

18、級(jí)，散射系數(shù)可降低三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，得到透明陶瓷。以上，得到透明陶瓷。常光折射率常光折射率n0和非常光和非常光折射率折射率ne相差越大，散相差越大，散射越嚴(yán)重。射越嚴(yán)重。例如：例如： -Al2O3（剛玉），（剛玉），n0和和ne分別為分別為1.760和和1.768，計(jì)算出晶界反射率，計(jì)算出晶界反射率R=5.1410-6經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)多次反射，晶界散射引起的損失也不大多次反射，晶界散射引起的損失也不大可制可制成透光率很高的耐高溫?zé)艄?。成透光率很高的耐高溫?zé)艄?。金紅石晶體，金紅石晶體，n0和和ne分別為分別為2.854和和2.567，晶界，晶界反射率反射率R=2.810-3。如果平均晶粒直徑為。如果平均晶

19、粒直徑為3 m，厚度為厚度為3mm，可算出透過(guò)率只有，可算出透過(guò)率只有(1-R)1000=0.06不透光。不透光。降低透光性（不透明，乳濁態(tài)）：生成尺寸與入降低透光性（不透明，乳濁態(tài)）：生成尺寸與入射光波長(zhǎng)相近、體積分?jǐn)?shù)大、與基體折射率相差射光波長(zhǎng)相近、體積分?jǐn)?shù)大、與基體折射率相差大的顆粒。大的顆粒。例：向硅酸鹽玻璃中加入例：向硅酸鹽玻璃中加入TiO2、SnO2、ZrO2、ZrSiO4等乳濁劑顆粒，加入氣孔，加入等乳濁劑顆粒，加入氣孔，加入NaF、CaTiSiO5、As2O5等乳濁劑在玻璃中結(jié)晶析出細(xì)等乳濁劑在玻璃中結(jié)晶析出細(xì)小顆粒小顆粒搪瓷釉。適當(dāng)調(diào)整搪瓷釉。適當(dāng)調(diào)整半透明陶瓷半透明陶瓷6

20、6 非金屬材料的顏色非金屬材料的顏色 綠色玻璃：不同比綠色玻璃：不同比例的各顏色光的混例的各顏色光的混合光譜決定透射光合光譜決定透射光的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)綠色綠色對(duì)各波長(zhǎng)的光的透對(duì)各波長(zhǎng)的光的透射率相近，無(wú)色射率相近，無(wú)色禁帶中引入禁帶中引入Cr3+雜質(zhì)能級(jí)，對(duì)藍(lán)雜質(zhì)能級(jí)，對(duì)藍(lán)紫光和黃綠光吸紫光和黃綠光吸收強(qiáng)，透射的混收強(qiáng)，透射的混合光譜呈紅色合光譜呈紅色分子著色劑：分子著色劑：加入不同的離子在基體材料的禁帶加入不同的離子在基體材料的禁帶中形成雜質(zhì)能級(jí)而選擇性吸收某些波長(zhǎng)的光。中形成雜質(zhì)能級(jí)而選擇性吸收某些波長(zhǎng)的光。例：例：Co2+呈藍(lán)紫色，呈藍(lán)紫色，Cu2+呈藍(lán)綠色，呈藍(lán)綠色，Cr3+呈現(xiàn)鮮呈現(xiàn)鮮艷

21、的紫色，艷的紫色，CrO42-呈黃色，呈黃色，MnO4-呈紫色。呈紫色。膠體著色劑：膠體著色劑：膠體金、銀、銅等金屬著色劑（顏膠體金、銀、銅等金屬著色劑（顏色隨粒徑改變，如膠體金粒徑小于色隨粒徑改變，如膠體金粒徑小于20nm弱黃色，弱黃色，2050nm紅色，紅色，100150nm透射呈藍(lán)色，反射透射呈藍(lán)色，反射呈棕色）。非金屬膠體著色劑如硫硒化鎘。呈棕色）。非金屬膠體著色劑如硫硒化鎘。在不同溫度和氣氛下燒制陶瓷可能形成不同的氧在不同溫度和氣氛下燒制陶瓷可能形成不同的氧化物，改變顏色化物，改變顏色“窯變窯變”，絢麗多彩，絢麗多彩激發(fā)原因：熱激發(fā)，高能輻射如激發(fā)原因：熱激發(fā)，高能輻射如X射線、紫外

22、光射線、紫外光照射、電子轟擊等，短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。照射、電子轟擊等，短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。 熱激發(fā)：溫度升高從紅外線到白熾光熱激發(fā)：溫度升高從紅外線到白熾光白熾燈，白熾燈，輻射式溫度計(jì)輻射式溫度計(jì)普通物理普通物理這里討論發(fā)射冷光，即在低溫下發(fā)光。這里討論發(fā)射冷光，即在低溫下發(fā)光。熒光燈、陰極射線管、熒光屏、熒光燈、陰極射線管、熒光屏、X光閃爍計(jì)光閃爍計(jì)數(shù)器、公路夜視路標(biāo)、夜光儀表等。數(shù)器、公路夜視路標(biāo)、夜光儀表等。不同應(yīng)用場(chǎng)合需要不同的冷光余輝時(shí)間。例如夜不同應(yīng)用場(chǎng)合需要不同的冷光余輝時(shí)間。例如夜視路標(biāo)需要長(zhǎng)余輝，而電視熒光屏的余輝時(shí)間過(guò)視路標(biāo)需要長(zhǎng)余輝，而電視熒光屏的余輝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)產(chǎn)生影像重疊。長(zhǎng)

23、則會(huì)產(chǎn)生影像重疊。熒光：電子直熒光：電子直接從導(dǎo)帶跳回接從導(dǎo)帶跳回價(jià)帶，發(fā)射一價(jià)帶，發(fā)射一個(gè)光子個(gè)光子 磷光：電子從導(dǎo)帶磷光：電子從導(dǎo)帶跳回被雜質(zhì)能級(jí)跳回被雜質(zhì)能級(jí)Ed捕獲，再?gòu)南葳逯胁东@，再?gòu)南葳逯幸莩鎏貎r(jià)帶發(fā)射逸出跳回價(jià)帶發(fā)射兩個(gè)光子，發(fā)射時(shí)兩個(gè)光子，發(fā)射時(shí)間延遲間延遲 用氙氣閃光燈（波長(zhǎng)用氙氣閃光燈（波長(zhǎng)560nm）照射紅寶石，激發(fā)）照射紅寶石，激發(fā)Cr3+離子中基態(tài)的電子并形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。離子中基態(tài)的電子并形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。高能態(tài)電子返回基態(tài)的兩種途徑：高能態(tài)電子返回基態(tài)的兩種途徑：第一：從高能態(tài)直接返回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射一個(gè)光第一：從高能態(tài)直接返回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射一個(gè)光子子自發(fā)輻射，產(chǎn)生的

24、光不是激光。自發(fā)輻射，產(chǎn)生的光不是激光。第二：先衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，停留第二：先衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，停留3ns后返回基后返回基態(tài)并發(fā)射光子。態(tài)并發(fā)射光子。3ns是相對(duì)很長(zhǎng)的時(shí)間，在亞穩(wěn)是相對(duì)很長(zhǎng)的時(shí)間，在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上聚集了很多電子，當(dāng)有幾個(gè)電子自發(fā)從態(tài)能級(jí)上聚集了很多電子，當(dāng)有幾個(gè)電子自發(fā)從亞穩(wěn)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)許多電子以亞穩(wěn)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)許多電子以“雪崩雪崩”的形式返回基態(tài)，發(fā)射出許多狀態(tài)完全相同的光的形式返回基態(tài)，發(fā)射出許多狀態(tài)完全相同的光子子從基態(tài)到激發(fā)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)經(jīng)亞穩(wěn)能級(jí)構(gòu)成態(tài)經(jīng)亞穩(wěn)能級(jí)構(gòu)成的三能級(jí)激光器。的三能級(jí)激光器。 例：燈罩涂特制的鎢酸鹽或硅酸鹽例：燈罩涂特制的鎢酸鹽或

25、硅酸鹽水銀輝光水銀輝光放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)出熒光放電產(chǎn)生的紫外線激發(fā)出熒光熒光燈。熒光燈。例：真空管中涂磷光體例：真空管中涂磷光體一定掃描特性的電子一定掃描特性的電子束射到磷光體上形成圖像束射到磷光體上形成圖像顯示器、顯象管。顯示器、顯象管。一般性能要求：高發(fā)光效率、希望的發(fā)光色彩、一般性能要求：高發(fā)光效率、希望的發(fā)光色彩、適當(dāng)?shù)挠噍x時(shí)間和與基體較強(qiáng)的結(jié)合力。余輝適當(dāng)?shù)挠噍x時(shí)間和與基體較強(qiáng)的結(jié)合力。余輝時(shí)間：一般規(guī)定為激發(fā)去除后發(fā)光強(qiáng)度降低到時(shí)間：一般規(guī)定為激發(fā)去除后發(fā)光強(qiáng)度降低到初始強(qiáng)度的初始強(qiáng)度的1/10所用的時(shí)間。所用的時(shí)間。熒光材料：主要是具有共軛鍵（熒光材料：主要是具有共軛鍵（ 電子

26、）的以苯電子）的以苯環(huán)為基的芳香族和雜環(huán)化合物；環(huán)為基的芳香族和雜環(huán)化合物；磷光材料：主要是具有缺陷的某些復(fù)雜無(wú)機(jī)晶體，磷光材料：主要是具有缺陷的某些復(fù)雜無(wú)機(jī)晶體，其基體常為金屬硫化物，激活劑常為重金屬。基其基體常為金屬硫化物，激活劑常為重金屬。基體與激活劑適當(dāng)配合獲得合適的磷光顏色體與激活劑適當(dāng)配合獲得合適的磷光顏色Nd3+-Y3Al5O12(YAG)和和Nd3+-玻璃玻璃四能級(jí)激四能級(jí)激光器。譜線寬。其典型的玻璃基質(zhì)是硅酸鹽、磷光器。譜線寬。其典型的玻璃基質(zhì)是硅酸鹽、磷酸鹽和磷酸氟化物。酸鹽和磷酸氟化物。以晶體中的一種組分為激活離子以晶體中的一種組分為激活離子自激活激光自激活激光晶體晶體激

27、活濃度高，可制成高效、小型激光器激活濃度高，可制成高效、小型激光器半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)：體積小、效率高、運(yùn)行簡(jiǎn)半導(dǎo)體激光工作物質(zhì)：體積小、效率高、運(yùn)行簡(jiǎn)單、成本低，但單色性差單、成本低，但單色性差幾乎能夠產(chǎn)生從近幾乎能夠產(chǎn)生從近紫外到紅外的全部波段的激光。紫外到紅外的全部波段的激光?？烧{(diào)諧激光晶體（加過(guò)渡金屬離子）：激光波長(zhǎng)可調(diào)諧激光晶體（加過(guò)渡金屬離子）：激光波長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧。在一定范圍內(nèi)可調(diào)諧。優(yōu)質(zhì)大尺寸釓鎵石榴石優(yōu)質(zhì)大尺寸釓鎵石榴石Nd-Gd3Ga5O12(Nd-GGG)輸出功率達(dá)輸出功率達(dá)23kW6kW級(jí)別的商用激光器。級(jí)別的商用激光器。更高功率的軍用，但還處于技術(shù)封鎖階段。更高功率的軍用，但還處于技術(shù)封鎖階段。當(dāng)時(shí)的光導(dǎo)纖維（光纖）損耗太大，技術(shù)當(dāng)時(shí)的光導(dǎo)纖維（光纖）損耗太大，技術(shù)上達(dá)不到實(shí)用水平上達(dá)不到實(shí)用水平90年代才實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模年代才實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的光纖傳輸。的光纖傳輸。光纖的基本結(jié)構(gòu)光纖的基本結(jié)構(gòu)低折射率材料制成的包層低折射率材料制成的包層包覆高折射率材料包覆高折射率材料制成的芯制成的芯外加保護(hù)層（保護(hù)層一般用尼龍制外加保護(hù)層（保護(hù)層一般用尼龍制成，其折射率高于包層）。成，其折射率高于包層）。光纜無(wú)銅，偷也無(wú)用。光纜無(wú)銅，偷也無(wú)用。芯材料折射率芯材料折射