材料物理与力学性能光学

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1、任何形式的能量，激发电子从价带进入导带，当其返回到价带时便发射出光子。?如果这些光子的波长在可见光范围内，便产生了发光现象。发光是辐射能量以可见光的形式出现。?上述机制所发出的光称为冷光。荧光和磷光4.3材料的发光4.2.1发光和热辐射4.2.1.1荧光和磷光荧光：当激发去除后10-8s内发出的光称为荧光。光子激发导带价带Eg激发导带价带EdEg光子磷光发光强度：发磷光的材料往往含有杂质并在能隙附近建立了施主能级。光子发射时间延迟。当陷阱中的电子逐渐逸出时，跳回价带发射光子。1568年，Cellini，第一位观察到自然

2、磷光现象1600年，人工合成磷光材料1853年，确定发荧光的时间为100μs，现在定为10ns。发光时间很短、仅为10ns的光叫荧光。荧光和磷光区别?激发停止后的一段时间内仍能发光的复杂晶体无机物质叫磷光体。根据发光时间区分：高的发光效率；发光色彩；适当的余辉时间(afterglowtime)；余辉时间，就是发光后其强度降到原强度1/10时所需要的时间。材料与基体结合力强等。对磷光体材料的要求磷光体ZnSCdSAgCuMn=基体+激活剂ZnS：Ag蓝光[Zn，Cd]S：Cu，Al黄光Zn2SiO4：Mn绿光?荧光灯的组

3、成：灯头、阴极、内壁涂有荧光粉的玻璃灯管。灯管内封有气压很低的汞蒸气和惰性气体。?发光原理：高电压使得灯管内的汞蒸气发生气体放电，此时产生大量的紫外线，波长为254nm，紫外线激发灯管内壁上的荧光粉，从而发出可见光。荧光灯4.2.1.2LED（发光二极管）当pn结二极管加上一正向电压时，其正向电流是所加电压的函数。该正向电流造成结面的载流子过剩。构成p区少数载流子的注入，虽然扩散使其离开界面，但它们可能跨过带隙产生复合，则GaAs：Eg=1.44eV，νg=0.86μmGaP：Eg=2.26eV，νg=0.55μm发光

4、强度i正比于通过界面注入的少子数，或者正比于电流I：二极管发光强度与所加正向偏压具有指数的关系。发光二极管的特点：能源利用率高。半导体灯几乎完全用于发光，而白炽灯只有5%用于发光，95%的能量消耗于发热。荧光灯的能源利用率也只有20%~30%；?节省能源。同样发光效果的二极管所耗的能量只有白炽灯的1/10。?长寿命。同样功率的发光二极管的使用寿命是白炽灯的100倍。4.2.1.3热辐射温度增加电子激发跃迁回正常态光子发射由温度所决定的电磁辐射称为热辐射。任何物体在任何温度下都不断向周围空间发射电磁波，其波谱是连续的。微

5、观机制室温下，物体在单位时间内辐射的能量很少，辐射能大多分布在波长较长的区域。电磁辐射与温度的关系温度升高，单位时间内辐射的能量迅速增加，辐射能中短波部分所占比例也逐渐增大。温度继续升高，辐射能中短波部分所占比例更高，可见光波段比例增加，物体由暗红色，逐渐变为赤红、黄、蓝、最后白色。4.2.2激光激光（Laser）是受激辐射光放大的简称，是一种单色性好,亮度高、相干性强、方向性好的相干光束。激光技术是20世纪60年代后发展起来的一门技术，它带动了傅里叶光学、全息术、光学信息处理、光纤通信、非线性光学和激光光谱学等学科的

6、发展，形成了现代光学。电子跃迁(荧光与磷光)、热辐射所发射的光子都是随机、独立的，即产生的光波不具有相干性。激光的特点激光是在外来光子的激发下诱发电子能态的转变，从而发射出与外来光子的频率、相位、传输方向以及偏振态均相同的相干光波。1、激光工作原理泵浦。在外界能源(电源或光源)的激励下，基态上的粒子被抽运到激发态上。粒子数反转。当亚稳态上的粒子数多于基态上的粒子数时，实现了粒子数的反转。受激辐射。当由于某种原因使粒子从激发态跃迁到基态时，激光产生。亚稳态能级更好地为粒子数反转创造条件。不受外界能量的影响，只是由于原子内

7、部运动规律导致从受激高能态返回基态，同时发出光子的跃迁，叫做自发辐射跃迁。由此产生的光不是激光，没有相干性。自发辐射受激辐射由于入射光子的感应或激励，导致激发原子从高能级跃迁到低能级去，这个过程称为受激跃迁或感应跃迁。这种跃迁辐射叫做“受激辐射”。受激辐射出来的光子与入射光子有着同样的特征，如频率、相位、振辐以及传播方向等完全一样。激光器的组成—三要素工作物质激励能源又称泵浦实现粒子数反转。光学谐振腔两个高度平行的镀银面之间形成的空间。4.2.2.2激光工作物质工作物质又称激光晶体，由基质晶体与激活离子组成。?基质晶体

8、决定激光晶体的物理化学性质。?激活离子的能级结构决定激光晶体的光谱特性。?离子受基质的影响会导致光谱特性变化。?离子对基质的影响会导致物理化学性质变化。工作物质按激活离子的能级特点分为：?三能级系统(红宝石激光器)?四能级系统(YAG激光器)四能级系统的工作效率高。红宝石激光器—三能级系统工作物质：Cr3+:Al2O3(0.05%