第5章光學陶瓷

1、I0If= I0- I吸收吸收- I反射反射選用高純原料，并通過工藝手段排選用高純原料，并通過工藝手段排除氣孔就可能獲得透明陶瓷。除氣孔就可能獲得透明陶瓷。獲得高致密度和具有小而均勻的晶相透明陶瓷透明陶瓷 AlNZnSZnSeMgF2CaF2高壓鈉燈高壓鈉燈“人造小太陽人造小太陽”n1、鈉蒸氣放電會產(chǎn)生超過、鈉蒸氣放電會產(chǎn)生超過1000的高溫的高溫n2、鈉蒸氣有強烈的腐蝕作用、鈉蒸氣有強烈的腐蝕作用YAGYAG：NdNd 3 3 透明陶瓷透明陶瓷YAGYAG：Y Y 3 3 透明陶瓷透明陶瓷獲得了波長為1030nm、最大功率為268mW的連續(xù)激光輸出。 d透明鐵電陶瓷透明鐵電陶瓷陶瓷的透明度、

2、折射率幾乎和單晶CaF2的一致，并且首次在陶瓷介質(zhì)中實現(xiàn)了激光震蕩。目前，Dy2+：CaF2激光陶瓷技術(shù)已經(jīng)很成熟。nZnS是從20世紀60年代發(fā)展起來的紅外窗口材料， 目前已經(jīng)相當成熟。從光學、熱學和機械性能來看，ZnS是812um紅外波段飛行器窗口非常合適的材料，但是ZnS的硬度低、抗雨蝕能力較差。另外，ZnS還具有良好的微波透過性能，它的介電常數(shù)為5.1，介質(zhì)損耗為5x10-4， 適合于紅外與微波的復合材料(1)具有較高的純度和分散性； (2)具有較高的燒結(jié)活性； (3)顆粒比較均勻并呈球形； ，4)不能凝聚，隨時間的推移也不會出現(xiàn)新相。 hEEv12hv = E2-E1E2E1E2hv

3、 = E2-E1E1hv = E2-E1hv = E2-E1產(chǎn)生激光產(chǎn)生激光工作物質(zhì)工作物質(zhì)激勵源激勵源諧振腔諧振腔YAGYAG：NdNd 3 3 透明陶瓷透明陶瓷YAGYAG：Y Y 3 3 透明陶瓷透明陶瓷獲得了波長為1030nm、最大功率為268mW的連續(xù)激光輸出。 -結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦? 正向偏壓正向偏壓在在-結(jié)結(jié)的的p型區(qū)接型區(qū)接電源正極，電源正極，叫正向偏壓。叫正向偏壓。阻擋層勢壘被削弱、變窄，有利于空穴阻擋層勢壘被削弱、變窄，有利于空穴向向N區(qū)運動，電子向區(qū)運動，電子向P區(qū)運動區(qū)運動, 形成正向電流。形成正向電流。Ep型型n型型I阻阻E. 反向偏壓反向偏壓在在-結(jié)的型區(qū)

4、接電源負極結(jié)的型區(qū)接電源負極,叫反向偏壓。叫反向偏壓。阻擋層勢壘增阻擋層勢壘增大、變寬，大、變寬，不不利于空穴向利于空穴向區(qū)運動，也不區(qū)運動，也不利于電子向利于電子向P區(qū)運動區(qū)運動,沒有正沒有正向電流。向電流。Ep型型n型型I阻阻E 典型尺寸：典型尺寸： 長長 L = 250500 m 寬寬 = 510 m 厚厚 d = 0.10.2 m它的它的激勵能激勵能源是外加源是外加電壓電壓(電泵電泵)在正向偏在正向偏壓下工作。壓下工作。解理面解理面P-N結(jié)結(jié)P-N結(jié)結(jié)P-結(jié)本身就形成一個結(jié)本身就形成一個光學諧振腔光學諧振腔，它的兩個端面就相當于兩個反射鏡，它的兩個端面就相當于兩個反射鏡，形成激光振蕩形

5、成激光振蕩，適當鍍膜后可達到所要適當鍍膜后可達到所要求的很高的反射系數(shù)，并利于求的很高的反射系數(shù)，并利于選頻。選頻。功率可達功率可達 102 mW效率高效率高制造方便制造方便成本低成本低所需電壓低所需電壓低(只需只需1.5V )體積小體積小極易與光纖接合極易與光纖接合5.2.5 5.2.5 激光的特性及其應用激光的特性及其應用方向性極好的強光束方向性極好的強光束 -準直、測距、切削、武器等。準直、測距、切削、武器等。相干性極好的光束相干性極好的光束-精密測厚、測角，全息攝影等。精密測厚、測角，全息攝影等。1）激光光纖）激光光纖由于光波的頻率比電波的由于光波的頻率比電波的頻率高好幾個數(shù)量級。頻率

6、高好幾個數(shù)量級。 一根極細的激光光纖能一根極細的激光光纖能承載的信息量相當于圖承載的信息量相當于圖片中這麼粗的電纜所能片中這麼粗的電纜所能承載的承載的信息量。信息量。通訊通訊D = c t/2 D：測站點A、B兩點間距離 c：光在大氣中傳播的速度； t：光往返A(chǔ)、B一次所需的時間。粘視網(wǎng)膜粘視網(wǎng)膜皮膚處理皮膚處理復習題：復習題：v 什么是超導材料？它有哪些基本特性？超導材料的主要應用有什么是超導材料？它有哪些基本特性？超導材料的主要應用有哪些？哪些？v 什么是高溫超導陶瓷？畫出并說明其什么是高溫超導陶瓷？畫出并說明其H Hc c-T-Tc c曲線曲線. .v 什么是介電、鐵電、壓電、熱釋電陶瓷

7、？他們的性質(zhì)、原理、什么是介電、鐵電、壓電、熱釋電陶瓷？他們的性質(zhì)、原理、應用應用v 導電陶瓷導電陶瓷, ,固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)v 本征半導體、雜質(zhì)半導體，本征半導體、雜質(zhì)半導體，pnpn結(jié)結(jié)v 什么是什么是PTCPTC、NTCNTC、CTRCTR半導體陶瓷？畫出其電阻隨溫度的變化關(guān)半導體陶瓷？畫出其電阻隨溫度的變化關(guān)系曲線系曲線, ,描述其特征描述其特征v 氣敏陶瓷工作原理氣敏陶瓷工作原理, ,性能指標性能指標v 太陽能電池的工作原理是什么？太陽能電池的工作原理是什么？v 什么是生物材料？它應具備哪些必要條件？生物陶瓷及其分類什么是生物材料？它應具備哪些必要條件？生物陶瓷及其分類發(fā)光材料的發(fā)

8、光材料的發(fā)射發(fā)射光譜光譜光致發(fā)光材料的光致發(fā)光材料的吸收吸收光譜光譜圖10 發(fā)射峰的半寬度半寬度 顏色的單色性顏色的單色性 從材料的發(fā)射光譜來看，發(fā)射譜峰的寬窄也是發(fā)光材料的重要特性，譜峰越窄，發(fā)光材料的單色性越好我們將譜峰1/2高度時縫的寬度稱作半寬度。 依照發(fā)射峰的半寬度可將發(fā)光材料還分為依照發(fā)射峰的半寬度可將發(fā)光材料還分為3種類型：種類型：寬帶材料：半寬度寬帶材料：半寬度100nm，如，如CaWO4；窄帶材料：半寬度窄帶材料：半寬度50nm，如，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+；線譜材料：半寬度線譜材料：半寬度0.1nm，如，如GdVO4)：Eu3+；原子光譜：吸收、發(fā)射、熒光原子光譜：

9、吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜線狀光譜 黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜連續(xù)光譜 分子光譜：紫外、可見、紅外、發(fā)光等吸收光譜分子光譜：紫外、可見、紅外、發(fā)光等吸收光譜帶狀光譜帶狀光譜 I余輝余輝表示物質(zhì)發(fā)光的持續(xù)時間表示物質(zhì)發(fā)光的持續(xù)時間。余輝的定義為余輝的定義為：當激發(fā)光停止時的發(fā)光亮度（或當激發(fā)光停止時的發(fā)光亮度（或強度）強度）J J0 0衰減到衰減到J J0 0的的10%10%時，所經(jīng)歷的時間稱為余輝時，所經(jīng)歷的時間稱為余輝時間，簡稱余輝。時間，簡稱余輝。根據(jù)余輝可將發(fā)光材料分為六個范圍根據(jù)余輝可將發(fā)光材料分為六個范圍：極短余輝：余輝時間極短余輝：余輝時

10、間 1 sY2O2S：Eu 3CaWO4，WO4 2雜質(zhì)離子：雜質(zhì)離子：原子集團：原子集團：晶體場對發(fā)光離子中心的電子干擾小晶體場對發(fā)光離子中心的電子干擾小, , 離子發(fā)光離子發(fā)光激活劑離子外層電子受晶體場作用強激活劑離子外層電子受晶體場作用強. .受激發(fā)時，發(fā)光材料分離出受激發(fā)時，發(fā)光材料分離出和和，這兩種粒子在復合時就會發(fā)光，這兩種粒子在復合時就會發(fā)光分子吸光與發(fā)光示意圖分子吸光與發(fā)光示意圖CCCEDDDDAAVVVVV電子泵抽運造成的電子-空穴對吸收光譜吸收光譜發(fā)射光譜發(fā)射光譜蒽的蒽的激發(fā)光譜（吸收光譜）激發(fā)光譜（吸收光譜）和和發(fā)射光譜（熒光光譜）發(fā)射光譜（熒光光譜）激發(fā)光譜激發(fā)光譜:E

11、xcitation Spectrum, 激發(fā)波長激發(fā)波長: ex發(fā)射光譜發(fā)射光譜 Emission Spectrum, 發(fā)射波長發(fā)射波長: em 紅粉：紅粉：Y Y2 2O O2 2S S：EuEu 3 3， 或或Y Y2 2O O3 3 ：EuEu 3 3 綠粉：Zn2SiO4：Mn ，（Zn，Cd）S：Ag 藍粉藍粉：（：（SrSr，CaCa）1010（POPO4 4）6 6ClCl： EuEu 3 3常用的日光燈用的磷光材料磷光體磷光體 激活劑激活劑 顏色顏色Zn2SiO4 Mn 綠色CaMg(SiO3)2 透輝石 Tl 藍色CaSiO3 硅灰石 Pb, Mn 黃桔色(Sr,Zn)(PO4)2 Sn 桔色Ca(PO4)2Ca(Cl,F)2 Sn,Mn “白色”Y2O3 Eu 紅色日光燈結(jié)構(gòu)：由一個內(nèi)壁涂有磷光體的玻璃管內(nèi)充有日光燈結(jié)構(gòu)：由一個內(nèi)壁涂有磷光體的玻璃管內(nèi)充有汞蒸氣和氬氣構(gòu)成。汞蒸氣和氬氣構(gòu)成。通電后，汞原子受到燈絲發(fā)出電子的轟擊，被激發(fā)到較高能通電后，汞原子受到燈絲發(fā)出電子的轟擊，被激發(fā)到較高能態(tài)。當它返回到基態(tài)時便發(fā)出波長為態(tài)。