材料的光學(xué)性能課件

3材料的光學(xué)性能3材料的光學(xué)性能1回顧與總結(jié)光的現(xiàn)象光的微粒說（牛頓）光的波動(dòng)說（胡克，惠更斯）光的電磁說（麥克斯韋）光的波粒二象性（普朗克，愛因斯坦）光的直線傳播光的干涉光的衍射電磁波譜光譜回顧與總結(jié)光的現(xiàn)象光的微粒說（牛頓）光的波動(dòng)說（胡克，惠更斯23.1光傳播的基本性質(zhì)光的波粒二象性3.1光傳播的基本性質(zhì)光的波粒二象性3材料的光學(xué)性能ppt課件4材料的光學(xué)性能ppt課件5光色波長(zhǎng)(nm)頻率(Hz)中心波長(zhǎng)(nm)紅760~622660橙622~597610黃597~577570綠577~492540青492~470480蘭470~455460紫455~400430可見光七彩顏色的波長(zhǎng)和頻率范圍人眼最為敏感的光是黃綠光，即附近。光色波長(zhǎng)(nm)頻率(Hz)中心波長(zhǎng)63.1.2光的干涉和衍射光的波動(dòng)性主要表現(xiàn)在它有干涉、衍射及偏振等特性。雙光束干涉(interference):指兩束光相遇以后，在光的疊加區(qū)，光強(qiáng)重新分布，出現(xiàn)明暗相問、穩(wěn)定的干涉條紋。衍射(diffraction)(繞射):當(dāng)光波傳播遇到障礙物時(shí)，在—定程度上能繞過障礙物而進(jìn)入幾何陰影區(qū)，這種現(xiàn)象稱為衍射。3.1.2光的干涉和衍射光的波動(dòng)性主要表現(xiàn)在它有干涉、衍射7圖3-2激光狹縫衍射實(shí)驗(yàn)圖3-2激光狹縫衍射實(shí)驗(yàn)8

3.1.３光通過固體的現(xiàn)象（思考）

折射（光速的變化）

反射（能量的變化）

吸收（能量的變化）

散射（能量的變化）

透過（能量）

3.1.３光通過固體的現(xiàn)象（思考）

折射（光速的變化）9①②③④Ｉx①界面１反射②吸收③散射④界面２反射界面１界面２I0I1I２①②③④Ｉx①界面１反射②吸收③散射④界面２反射界103.1.3光通過固體現(xiàn)象3.1.3光通過固體現(xiàn)象11電子極化電磁波的分量之一是迅速變化的電場(chǎng)分量；在可見光范圍內(nèi)，電場(chǎng)分量與傳播過程中遇到的每一個(gè)原子都發(fā)生相互作用引起電子極化，即造成電子云與原子核的電荷中心發(fā)生相對(duì)位移；所以，當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)，一部分能量被吸收，同時(shí)光速減小，后者導(dǎo)致折射。電子極化12電子能態(tài)轉(zhuǎn)變電磁波的吸收和發(fā)射包含電子從一種能態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種能態(tài)的過程；材料的原子吸收了光子的能量之后可將較低能級(jí)上的電子激發(fā)到較高能級(jí)上去，電子發(fā)生的能級(jí)變化?E與電磁波頻率有關(guān)：?E=hν受激電子不可能無限長(zhǎng)時(shí)間地保持.在激發(fā)狀態(tài)，經(jīng)過一個(gè)短時(shí)期后，它又會(huì)衰變回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出電磁波，即自發(fā)輻射。電子能態(tài)轉(zhuǎn)變13

原子的能級(jí)和晶體的能帶原子的能級(jí)和晶體的能帶14材料的光學(xué)性能ppt課件15材料的光學(xué)性能ppt課件16材料的光學(xué)性能ppt課件17材料的光學(xué)性能ppt課件18材料的光學(xué)性能ppt課件19材料的光學(xué)性能ppt課件20材料的光學(xué)性能ppt課件21圖3-4孤立原子吸收光子后電子態(tài)轉(zhuǎn)變示意圖

圖3-4孤立原子吸收光子后電子態(tài)轉(zhuǎn)變示意圖22

3.2光的反射和折射

一、折射

當(dāng)光從真空進(jìn)入較致密的材料時(shí)，其速度降低。光在真空和材料中的速度之比即為材料的折射率。

3.2光的反射和折射23

式中：和分別表示光在材料1及2中的傳播速度，為材料2相對(duì)于材料1的相對(duì)折射率。

如果光從材料1，通過界面?zhèn)魅氩牧?時(shí)，與界面法向所形成的入射角i，折射角r與兩種材料的折射率n1和n2有下述關(guān)系：如果光從材料1，通過界面?zhèn)魅氩牧?時(shí)，與界面法向所形成的入射24折射定律三線共面；折射定律25材料的折射率反映了光在該材料中傳播速度的快慢。光密介質(zhì)：在折射率大的介質(zhì)中，光的傳播速度慢；光疏介質(zhì)：在折射率小的介質(zhì)中，光的傳播速度快。材料的折射率從本質(zhì)上講，反映了材料的電磁結(jié)構(gòu)（對(duì)非鐵磁介質(zhì)主要是電結(jié)構(gòu)）在光波作用下的極化性質(zhì)或介電特性。材料的折射率反映了光在該材料中傳播速度的快26介質(zhì)的n總是大于1的正數(shù)，例如空氣，固體氧化物n=1.3~2.7，硅酸鹽玻璃。折射率與兩種介質(zhì)的性質(zhì)和入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率越小。

材料的光學(xué)性能ppt課件273.2.2折射率的影響因素1．構(gòu)成材料元素的離子半徑麥克斯韋電磁波理論認(rèn)為光在介質(zhì)中的傳播速度為：式中：C—真空中光速，ε—介質(zhì)介電常數(shù)，—介質(zhì)導(dǎo)磁率3.2.2折射率的影響因素式中：C—真空中光速，ε—介28

對(duì)于無機(jī)材料電介質(zhì)

，故

當(dāng)離子半徑增大時(shí)，其ε增大，因而n也增大。因此，可以用大離子得到高n的材料，，用小離子得到低n的材料，如。對(duì)于無機(jī)材料電介質(zhì)292．材料的結(jié)構(gòu)、晶型和非晶態(tài)

象非晶態(tài)和立方晶體這些各向同性材料，當(dāng)光通過時(shí)，光速不因傳播方向改變而變化，材料只有一個(gè)折射率，稱為均質(zhì)介質(zhì)。但是除立方晶體以外的其他晶型，都是非均質(zhì)介質(zhì)。2．材料的結(jié)構(gòu)、晶型和非晶態(tài)30

光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一般都要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的兩個(gè)波，它們分別構(gòu)成兩條折射光線，這個(gè)現(xiàn)象稱為雙折射。雙折射是非均質(zhì)晶體的特性，這類晶體的所有光學(xué)性能都和雙折射有關(guān)。上述兩條折射光線，平行于入射面的光線的折射率，稱為常光折射率n0，不論入射光的入射角如何變化，n0始終為一常數(shù)，因而常光折射率嚴(yán)格服從折射定律。另

光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一般都要分為振動(dòng)方向相互31

一條與之垂直的光線所構(gòu)成的折射率，則隨入射線方向的改變而變化，稱為非常光折射率ne，它不遵守折射定律，隨入射光的方向而變化。當(dāng)光沿晶體光軸方向入射時(shí)，只有n0存在，與光軸方向垂直入射時(shí)，ne達(dá)最大值，此值是材料的特性。一條與之垂直的光線所構(gòu)成的折射率，則隨入射323．材料所受的內(nèi)應(yīng)力

有內(nèi)應(yīng)力的透明材料，垂直于受拉主應(yīng)力方向的n大，平行于受拉主應(yīng)力方向的n小。

4．同質(zhì)異構(gòu)體

在同質(zhì)異構(gòu)材料中，高溫時(shí)的晶型折射率n較低，低溫時(shí)存在的晶型折射率n較高。3．材料所受的內(nèi)應(yīng)力33材料的折射率隨入射光的頻率的減小(或波長(zhǎng)的增加)而減小的性質(zhì)，稱為光的色散(dispersion)。

凡在可見光范圍內(nèi)無色透明的物質(zhì)，它們的色散曲線在形式上很相似，這些曲線的共同特點(diǎn)是，折射率n以及色散率dn/dλ的數(shù)值都隨著波長(zhǎng)的增加而單調(diào)下降，在波長(zhǎng)很長(zhǎng)時(shí)折射率趨于定值，這種色散稱為正常色散（normaldispersion）。測(cè)量不同波長(zhǎng)光線通過棱鏡的最小偏向角，就可以算出棱鏡材料的折射率n與波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系曲線，即色散曲線。6-5光的色散材料的折射率隨入射光的頻率的減小(或波長(zhǎng)的增加)而減小的性質(zhì)34

實(shí)驗(yàn)表明，在發(fā)生強(qiáng)烈吸收的波段，色散曲線發(fā)生明顯的不連續(xù)，折射率n隨著波長(zhǎng)的增加而增大，即dn/dλ>0，這種在吸收帶附近與正常色散曲線大不相同的特征稱之為反常色散（anomalousdispersion）盡管通常把這種色散稱為反常色散，但實(shí)際上它反映了物質(zhì)在吸收區(qū)域內(nèi)所普遍遵從的色散規(guī)律。6-6實(shí)驗(yàn)表明，在發(fā)生強(qiáng)烈吸收的波段，色散曲線發(fā)生明顯的不連續(xù)，35圖3-11幾種材料的色散圖3-11幾種材料的色散36通常采用固定波長(zhǎng)下的折射率來表達(dá)，色散系數(shù)(abbenumber)常用倒數(shù)相對(duì)色散，即式中nD,nF和nC分別為以鈉的譜線、氫的F譜線和C譜線(589.3nm，486.1nm和656.3nm)為光源，測(cè)得的折射率。通常采用固定波長(zhǎng)下的折射率來表達(dá)，色散系數(shù)(abbenum373.2光的反射和折射

二、光的反射

3.2.1反射定律與折射定律(1)反射定律三線共面；反射角等于入射角圖3-5光的反射和折射3.2光的反射和折射

二、光的反射

3.2.1反射定38材料的反射系數(shù)及其影響因素一束光從介質(zhì)1穿過界面進(jìn)入介質(zhì)2出現(xiàn)一次反射；當(dāng)光在介質(zhì)2中經(jīng)過第二個(gè)界面時(shí)，仍要發(fā)生反射和折射。從反射定律和能量守恒定律可以推導(dǎo)出，當(dāng)入射光線垂直或接近垂直于介質(zhì)界面時(shí)．其反射系數(shù)（reflectioncoefficient）為：材料的反射系數(shù)及其影響因素一束光從介質(zhì)1穿過界面進(jìn)入介質(zhì)2出39為了減小反射損失，經(jīng)常采取以下措施：(1)透過介質(zhì)表面鍍?cè)鐾改ぁ?2)將多次透過的玻璃用折射率與之相近的膠將它們粘起來，以減少空氣界面造成的損失。為了減小反射損失，經(jīng)常采取以下措施：403.3材料對(duì)光的吸收在光束通過物質(zhì)時(shí)，它的傳播情況將要發(fā)生變化。首先光束越深入物質(zhì)，它的光強(qiáng)將越減弱，這是由于一部分光的能量被物質(zhì)所吸收，而另一部分光向各個(gè)方向散射所造成的，這就是光的吸收和散射現(xiàn)象。3.3材料對(duì)光的吸收在光束通過物質(zhì)時(shí)，它的傳播情況將要發(fā)41如圖所示，光強(qiáng)為I0的單色平行光束沿x軸方向通過均勻物質(zhì)，在經(jīng)過一段距離x后光強(qiáng)已減弱到I，再通過一無限薄層dx后光強(qiáng)變?yōu)镮+dI(dI0)。實(shí)驗(yàn)表明，在相當(dāng)寬的光強(qiáng)度范圍內(nèi)，-dI相當(dāng)精確地正比于I和dx，即l+dlldxlII+dI光的吸收規(guī)律式中α是與光強(qiáng)無關(guān)的比例系數(shù)，稱為該物質(zhì)的吸收系數(shù)（absorptioncoefficient）。于是，上式是光強(qiáng)的線性微分方程，表征了光的吸收的線性規(guī)律。3.3.1吸收系數(shù)與吸收率

如圖所示，光強(qiáng)為I0的單色平行光束沿x軸方向通過均勻物質(zhì)，在42電子極化；電子受激吸收光子而越過禁帶；電子受激進(jìn)入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)上而吸收光；所以，只有當(dāng)入射光子的能量與材料的某兩個(gè)能態(tài)之間的能量差值相等時(shí)，光量子才可能被吸收。同時(shí)，材料中的電子從較低能態(tài)躍遷到高能態(tài)。光的吸收是材料中的微觀粒子與光相互作用的過程中表現(xiàn)出的能量交換過程。材料對(duì)光的吸收機(jī)理材料對(duì)光的吸收機(jī)理43禁帶較寬的介電固體材料也可以吸收光波，但吸收機(jī)理不是激發(fā)電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，而是因其雜質(zhì)在禁帶中引進(jìn)了附加能級(jí)，使電子能夠吸收光子后實(shí)現(xiàn)從價(jià)帶到受主能級(jí)或從施主能級(jí)到導(dǎo)帶的躍遷。禁帶較寬的介電固體材料也可以吸收光波，但吸收機(jī)理不是激發(fā)電子44研究物質(zhì)的吸收特性發(fā)現(xiàn)，任何物質(zhì)都只對(duì)特定的波長(zhǎng)范圍表現(xiàn)為透明，而對(duì)另一些波長(zhǎng)范圍則不透明。金屬對(duì)光能吸收很強(qiáng)烈。這是因?yàn)榻饘俚膬r(jià)電子處于未滿帶，吸收光子后即呈激發(fā)態(tài)，用不著躍遷到導(dǎo)帶即能發(fā)生碰撞而發(fā)熱。在電磁波譜的可見光區(qū)，金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都是很大的。但是電介質(zhì)材料、包括玻璃、陶瓷等無機(jī)材料的大部分在這個(gè)波譜區(qū)內(nèi)都有良好的透過性，也就是說吸收系數(shù)很小。這是因?yàn)殡娊橘|(zhì)材料的價(jià)電子所處的能帶是填滿了的。它不能吸收光子而白由運(yùn)動(dòng)，而光子的能量又不足以使價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶，所以在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，吸收系數(shù)很小。3.3.2光的吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系

研究物質(zhì)的吸收特性發(fā)現(xiàn)，任何物質(zhì)都只對(duì)特定的波長(zhǎng)范圍表現(xiàn)為透45圖3-9金屬、半導(dǎo)體和電介質(zhì)的吸收率隨波長(zhǎng)的變化圖3-9金屬、半導(dǎo)體和電介質(zhì)的吸收率隨波長(zhǎng)的變化46材料的光學(xué)性能ppt課件47材料的光學(xué)性能ppt課件48吸收可分為選擇吸收和均勻吸收。例如，在光學(xué)材料中，石英對(duì)所有可見光幾乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系數(shù)不變，這種現(xiàn)象為一般吸收；但是對(duì)于波長(zhǎng)范圍為3.5—5.0μm的紅外光卻是不透明的，且吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)劇烈變化，這種現(xiàn)象為選擇吸收。換言之，石英對(duì)可見光和紫外線的吸收甚微，而對(duì)上述紅外光有強(qiáng)烈的吸收。選擇吸收和均勻吸收吸收可分為選擇吸收和均勻吸收。選擇吸收和均勻吸收49用具有連續(xù)譜的光（例如白光）通過具有選擇吸收的物質(zhì)，然后利用攝譜儀或分光光度計(jì)，可以觀測(cè)到在連續(xù)光譜的背景上呈現(xiàn)有一條條暗線或暗帶，這表明某些波長(zhǎng)或波段的光被吸收了，因而形成了吸收光譜（absorptionspectrum）。吸收光譜用具有連續(xù)譜的光（例如白光）通過具有選擇吸收的物質(zhì)，然后利用50圖3-10金剛石和石英在紫外至遠(yuǎn)紅外區(qū)的吸收光譜圖3-10金剛石和石英在紫外至遠(yuǎn)紅外區(qū)的吸收光譜513.4光的散射

3.4.1散射的一般規(guī)律光在通過氣體、液體、固體等介質(zhì)時(shí)，遇到煙塵、微粒、懸浮液滴或者結(jié)構(gòu)成分不均勻的微小區(qū)域，都會(huì)有一部分能量偏離原來的傳播方向而向四面八方彌散開來，這種現(xiàn)象稱為光的散射。例如，當(dāng)一束太陽光從窗外射進(jìn)室外內(nèi)時(shí)，我們從側(cè)面可以看到光線的徑跡，就是因?yàn)樘柟獗豢諝庵械幕覊m散射的緣故。3.4光的散射

3.4.1散射的一般規(guī)律光在通過氣體、液52I0為光的原始強(qiáng)度；I為光束通過厚度為l的試件后，由于散射，在光前進(jìn)方向上的剩余強(qiáng)度；αa、αs分別稱為吸收系數(shù)和散射系數(shù)(scatteringcoefficient)，是衰減系數(shù)的兩個(gè)組成部分。

I0為光的原始強(qiáng)度；53圖3-12質(zhì)點(diǎn)尺寸對(duì)散射系數(shù)的影響圖3-12質(zhì)點(diǎn)尺寸對(duì)散射系數(shù)的影響543.4.2彈性散射和非彈性散射根據(jù)散射前后光子能量（或光波波長(zhǎng)）變化與否，分為彈性散射與非彈性散射

彈性散射：散射前后光的波長(zhǎng)（或光子能量）不發(fā)生變化，只改變方向的散射。

非彈性散射：散射前后光的波長(zhǎng)（或光子能量）發(fā)生變化的散射，稱為非彈性散射。3.4.2彈性散射和非彈性散射根據(jù)散射前后光子能量（或光波波55參量σ與散射中心尺度大小a0有關(guān)，按a0與入射光波長(zhǎng)λ的大小比較，分為三類：1.廷德爾散射TyndallScattering

(J.Tyndall，1820-1893)當(dāng)a0?λ時(shí)，σ→0即散射中心的尺度遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)，散射光強(qiáng)與入射光波長(zhǎng)無關(guān)如粉筆灰、白云呈白色例如在膠體、乳濁液以及含有煙、霧或灰塵的大氣中的散射。3.4.2彈性散射和波長(zhǎng)的關(guān)系參量σ與散射中心尺度大小a0有關(guān)，按a0與入射光波長(zhǎng)λ的大小562.米氏散射MileScattering當(dāng)a0與λ相近時(shí)，σ=0~4即散射中心的尺度與光波波長(zhǎng)可以比擬時(shí)，σ在0~4之間,具體取值與散射中心有關(guān).米氏散射性質(zhì)比較復(fù)雜。2.米氏散射MileScattering573.瑞利散射Rayleighscattering當(dāng)a0?λ時(shí)，σ=4即當(dāng)散射中心的線度遠(yuǎn)小于入射光的波長(zhǎng)時(shí)，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的4次方成反比通常我們把線度小于光的波長(zhǎng)的微粒對(duì)入射光的散射，稱為瑞利散射（Rayleighscattering）。瑞利散射不改變?cè)肷涔獾念l率。3.瑞利散射Rayleighscattering58圖3-13瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖3-13瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系59按照瑞利散射定律，我們不難理解晴天時(shí)晨陽與午陽的顏色不同。入射波長(zhǎng)越長(zhǎng)，散射光強(qiáng)越小，即長(zhǎng)波散射要小于短波散射。因?yàn)榇髿饧皦m埃對(duì)光譜上藍(lán)紫色光的散射比紅橙色光為甚，陽光透過大氣層越厚，其中藍(lán)紫色光成分損失越多，太陽顯得越紅。Global早晨中午太陽光Global早晨中午太陽光603.4.3非彈性散射1.拉曼散射（Ramanscattering）是分子或點(diǎn)陣振動(dòng)的光學(xué)聲子（即光學(xué)模）對(duì)光波的散射。在光譜圖上距離瑞利線較遠(yuǎn)，它們與瑞利線的頻差可因散射介質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)不同而在100

104之間變化。2.布里淵散射（Brillouinscattering）是點(diǎn)陣振動(dòng)引起的密度起伏或超聲波對(duì)光波的非彈性散射，即點(diǎn)陣振動(dòng)的聲學(xué)聲子（即聲學(xué)模）與光波之間的能量交換結(jié)果。由于聲學(xué)聲子的能量低于光學(xué)聲子，所以布里淵散射的頻移比拉曼散射小，在光譜圖上它們緊靠在瑞利線旁，只能用高分辨的雙單色儀等光譜儀才能分辨出來。3.4.3非彈性散射61圖3-14散射光譜示意圖圖3-14散射光譜示意圖623.5材料的不透明性與半透明性3.5材料的不透明性與半透明性3.5.1材料的不透明性金屬對(duì)可見光是不透明的，其原因在于金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)的特殊性。有許多材料本來是透明的電介質(zhì)，也可以被制成半透明或不透明的。陶瓷材料如果是單晶體，一般是透明的，但大多數(shù)陶瓷材料是多晶體的多相體系，由晶相、玻璃相和氣相(氣孔)組成。因此，陶瓷材料多是半透明或是不透明的。3.5材料的不透明性與半透明性3.5材料的不透明性與半透633.5.2材料的乳濁本應(yīng)是透明的，但由于各種原因或人為造成的不透明往往稱為乳濁。

3.5.2材料的乳濁本應(yīng)是透明的，但由于各種原因或人為造成643.5.3半透明性圖3-17多晶Al2O3的透射比與所含氣孔的關(guān)系3.5.3半透明性圖3-17多晶Al2O3的透射比與所653.5.4透明材料的顏色某種物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收，是吸收了連續(xù)光譜中的特定波長(zhǎng)的光子。光的顏色是未被吸收的光和重新發(fā)射的光混合光的顏色。3.5.4透明材料的顏色某種物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收，是吸收了66圖3-18光線入射到綠色玻璃時(shí)，反射率、吸收率和透過率與波長(zhǎng)的關(guān)系圖3-18光線入射到綠色玻璃時(shí)，反射率、吸收率和透過率與67圖3-19藍(lán)寶石和紅寶石透射光的波長(zhǎng)分布

圖3-19藍(lán)寶石和紅寶石透射光的波長(zhǎng)分布683.6電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)3.6.1電光效應(yīng)及電光晶體(1)電光效應(yīng)(electro-opticaleffect)由于外加電場(chǎng)所引起的材料折射率的變化效應(yīng)，稱為電光效應(yīng)。

3.6電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)3.6.1電693.6.2光折變效應(yīng)(1)現(xiàn)象和特點(diǎn)光折變效應(yīng)是光致折射率變化效應(yīng)(photo-inducedrefractiveindexchangeeffect)的簡(jiǎn)稱。但它并不是泛指所有由光感生折射率變化的效應(yīng)。它的確切意義在于材料在光輻射下通過光電效應(yīng)形成空間電荷場(chǎng)，由于電光效應(yīng)引起折射隨光強(qiáng)空間分布而發(fā)生變化的效應(yīng)。3.6.2光折變效應(yīng)但它并不是泛指所有由光感生折射率變化的效703.6.3非線性光學(xué)效應(yīng)激光器所進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)證明，那些過去被認(rèn)為與光強(qiáng)無關(guān)的光學(xué)效應(yīng)或參量幾乎都與光強(qiáng)密切相關(guān)。這種與光強(qiáng)有關(guān)，不同于線性光學(xué)現(xiàn)象的效應(yīng)稱非線性光學(xué)效應(yīng)(non-lineropticaleffect)。具有非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體則稱為非線性光學(xué)晶體。3.6.3非線性光學(xué)效應(yīng)激光器所進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)證明，那些過去713.7光的傳輸與光纖材料光纖是“光導(dǎo)纖維”的簡(jiǎn)稱。所謂“光波導(dǎo)”是指能夠約束并導(dǎo)引光波在其內(nèi)部或表面附近沿軸線方向傳播的傳輸介質(zhì)。光纖波導(dǎo)是以各種導(dǎo)光材料制成的纖維絲，其基本的結(jié)構(gòu)可分為纖芯和包層兩部分。

在光纖波導(dǎo)中傳播的光波稱之為“導(dǎo)波光”。3.7光的傳輸與光纖材料光纖是“光導(dǎo)纖維”的簡(jiǎn)稱。所謂“光波72圖3-22光導(dǎo)纖維接受與傳輸光線原理示意圖圖3-22光導(dǎo)纖維接受與傳輸光線原理示意圖73L是以km為單位的光纖長(zhǎng)度；而強(qiáng)度為I0的光經(jīng)過L的光學(xué)纖維后衰減到強(qiáng)度為I時(shí)把比值I0／I的對(duì)數(shù)值的10倍作為損耗。

最大受光角Φc：纖芯折射率：n1；包層折射率n2(n1＞n2)

L是以km為單位的光纖長(zhǎng)度；最大受光角Φc：纖芯折射率：n743.8特種光學(xué)材料及其應(yīng)用3.8.1固體激光器材料及其應(yīng)用材料以某種方式吸收能量之后，將其轉(zhuǎn)化為光能即發(fā)射光子的過程，這就是光發(fā)射。自然界中很多物質(zhì)都可發(fā)光，但近代顯示技術(shù)所用的發(fā)光材料主要是無機(jī)化合物，在固體材料中主要是采用禁帶寬度較大的絕緣體，其次半導(dǎo)體通常以多晶粉末、薄膜或單晶的形式被應(yīng)用。從應(yīng)用的角度，主要關(guān)注材料的光學(xué)性能包括：發(fā)光顏色、發(fā)光強(qiáng)度及延續(xù)時(shí)間等。3.8特種光學(xué)材料及其應(yīng)用3.8.1固體激光器材料及75（1）熱輻射（2）電致發(fā)光（3）光致發(fā)光（4）化學(xué)發(fā)光自發(fā)輻射（5）同步輻射光源（6）激光光源受激輻射激發(fā)態(tài)原子或分子的自發(fā)輻射

=(E2-E1)/hE1E2激發(fā)態(tài)原子或分子的受激輻射激勵(lì)方式材料發(fā)光前可以有多種方式向其注入能量（1）熱輻射（2）電致發(fā)光（3）光致發(fā)光（4）化學(xué)發(fā)光76激勵(lì)方式(1)光激勵(lì)（光致發(fā)光）通過光的輻照將材料中的電子激發(fā)到高能態(tài)從而導(dǎo)致發(fā)光。激勵(lì)光源可以采用光頻波段、x-射線波段、γ-射線波段。如熒光燈：通過紫外線激發(fā)涂布于燈管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光。激勵(lì)方式(1)光激勵(lì)（光致發(fā)光）77(2)陰極射線發(fā)光利用高能量的電子來轟擊材料，通過電子在材料內(nèi)部的多次散射碰撞，使材料中多種發(fā)光中心被激發(fā)或電離而發(fā)光的過程。如彩電的顏色：采用電子束掃描，激發(fā)顯象管內(nèi)表面上不同成分的熒光粉，使它們發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種基本光波而實(shí)現(xiàn)發(fā)光。(2)陰極射線發(fā)光78(3)電激勵(lì)（電致發(fā)光）通過對(duì)絕緣發(fā)光體施加強(qiáng)電場(chǎng)而導(dǎo)致發(fā)光，或者從外電路將電子（或空穴）注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶（或價(jià)帶），導(dǎo)致載流子復(fù)合而發(fā)光。如儀器指示燈的發(fā)光二極管：半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光。(3)電激勵(lì)（電致發(fā)光）791960年美國(guó)人maiman首先建立了世界上第一臺(tái)在紅光譜區(qū)發(fā)射激光的紅寶石。激光器1960年美國(guó)人maiman首先建立了世界上第一臺(tái)在紅光譜區(qū)80一自發(fā)輻射受激輻射1自發(fā)輻射

原子在沒有外界干預(yù)的情況下，電子會(huì)由處于激發(fā)態(tài)的高能級(jí)E2自動(dòng)躍遷到低能級(jí)E2，這種躍遷稱為自發(fā)躍遷.由自發(fā)躍遷而引起的光輻射稱為自發(fā)輻射.材料的受激輻射和激光一自發(fā)輻射受激輻射1自發(fā)輻射81.發(fā)光前.。發(fā)光后自發(fā)輻射自發(fā)輻射.發(fā)光前.。發(fā)光后自發(fā)輻射自發(fā)輻射822光吸收

原子吸收外來光子能量hn，并從低能級(jí)E1躍遷到高能級(jí)E2，且E2-E1=hn，這個(gè)過程稱為光吸收.