光学功能材料

1、第六章光学材料、光学材料包括光学媒体材料和光学材料、光学媒体材料主要是传统光学材料、光学材料、红外材料、发光材料、激光材料(具有线性光学效果)、介质材料、光学摇滚材料、6.1光学材料、A B、光致变色(PPS)，hv1，hv1 or kT，基本特征：a，b在特定条件下稳定存在，颜色差异显着；a和b之间的变化是可逆的。这种材料的脱色过程是光化学过程，稳定性和变色选择性很好。含卤化银的玻璃是典型的光亮剂。基于普通碱金属硼硅酸盐玻璃的组成，将少量卤化银(如AgI、AgCl、AgBr或混合物)添加为光敏剂，如As、Se、Cu、Sb的氧化物等极微量敏化剂制成。通过更改光色玻璃、卤化银玻璃的光致变色原理、

2、哑光、AgCl Ag Cl、hv、hv、光、光色玻璃的卤素离子种类和含量，可以调整使光色玻璃透明所需的宽波长范围，包括仅含ACL晶体的光色玻璃的光谱灵敏度由紫外线变为紫色。对于AgCl和AgBr晶体，敏感范围是从紫外线到绿光区域。在制造抛光玻璃时，通过控制热处理温度和时间，可以控制玻璃上析出的卤化银粒子的大小，并调整抛光玻璃的光色特性。卤化银玻璃性能调节，6.2红外光学材料，红外线与可见光一样本质上是电磁波，其波段在可见光和微波之间(0.761000m)。红外光谱一般取决于波长，包括四个阶段：近红外、(0.763m)、中红外、(36m)、中远红外、(620m)、远红外、(20 1000自然界中

3、任何高于绝对零度(0K)的物体都会发射电磁波辐射，主要位于红外区域。红外线具有与物质种类、表面特性和温度相关的自身红外辐射特性。红外影响因素，红外材料：是指通过红外，根据波长对红外具有不同透射率、折射率和色散的材料。1)碱卤化合物测定：如LiF、NaF、KCl、KBr等2)碱土-卤素化合物测定：如CaF2、BaF2、SrF2、MgF2等3)氧化物测定：如(5)无机盐化合物的测定：SrTiO3，Ba3Ta4O15，Bi4Ti3O2等。单晶材料、无机化合物多晶材料、理论上大多数多晶材料与单晶材料的红外渗透性基本一致。多晶材料的种类很多，前面提到的单晶材料可以由多晶材料制成。现在人们更熟悉的是ZnS

4、e、ZnS、MgF2等。性能与相同材料的单晶相一致，但在机械特性、热特性和可加工性方面比单晶信息优越，成本比单晶材料低。红外应用、红外系统：由产生红外辐射的对象、测量辐射通过的大气和红外线的工具组成。用于检测目标的发射特性、温度分布、空间位置和运动特性。像二战一样肉眼看不见的物体已经使用了红外定位器和夜视仪，红外搜索跟踪系统比普通雷达分辨率高，抗干扰能力强。红外辐射比雾、烟穿透能力强，可以在恶劣的气候和观测条件下工作，红外系统广泛应用于科学研究、国防建设、航天技术和国民经济等各个领域。红外光谱仪：光谱辐射测量。以傅里叶变换光谱为代表的红外光谱在气体、液体、固体等多种形态分析中得到了广泛应用。例

5、如大气污染分析、燃烧废气的检测、润滑剂质量分析、化妆品质量分析等远红外辐射加热：广泛用于食品干燥、纤维的热固定、定型、定型等。远红外成像设备：可用于火山、地震研究、肿瘤、中风的早期诊断，如夜视镜、红外显微镜等。军事伪装识别；半导体元件及集成电路的质量监控等。把墨水洒在文件上的时候，我们的肉眼看不到被墨水污染的文字。但是KAYA PF4过滤器是可见的。红外温度测量：工业生产，红外温度测量技术，对高温、高压、工作装置进行监测和测试，均可确保设备的安全运行，发现现象，及时消除隐患。通信和遥感：例如，航天器之间的视频和音频传输，海洋、陆地、航空目标的距离和速度测量。搜索和跟踪系统：航空航天设备指南、火

6、箭、飞机警告、远程爆炸管等。无损检测：在检测焊接缺陷、火箭发动机外壳、集成电路、多层印刷电路板等方面，效果比其他无损检测方法更好。6.3发光材料，材料如何发光？绿色极光、荧光现象、发光是物质以某种方式吸收的能量向外发射光的过程，是除热辐射以外的另一种能量发射现象。材料散发光所需的能量可以从高能电磁辐射(如紫外线)或高能电子或热能、机械能和化学能中获得。22，6.3.1发光机制和发光特性，1。根据发光机制、发光机制，发光过程可以分为个别发光和复合发光两类。个别发光：发光中心在发生时不会分离。也就是说，在单独发光中心内部发生的发光，其激发和发射过程相互独立。特点：单分子工艺不附带光电导(也称为“非

7、光电导”)。个别发光分为自发发光和强迫发光。自发发光，强迫发光，自发发光：像电子这样的激发粒子是粒子的内部电场作用下从激发态返回基态时的发光。该粒子转移的概率基本上取决于释放体内电场，而不管外部因素。强迫发光：受外部因素影响的激发粒子(如电子)的发光。要发光，必须经过半稳定状态的中间过程。发光材料的晶格必须有结构缺陷或杂质缺陷，才能具有发光特性。结构缺陷是晶格缺陷，如晶格之间的空隙，因此产生的发光称为自活动发光，因此制造发光材料的合适矩阵非常重要。在基质材料中有选择地混合微量杂质，在晶格内形成杂质缺陷的情况下，相应的发光称为激活发光，混合微量杂质一般起着被称为激活物质的发光中心的作用。实际使用

8、的发光材料大部分是活性发光材料。在荧光粉中加入Eu2、Ce3、Tb3、Yb3等稀土离子，可以显着提高发光效率和显色特性。红色荧光粉为y2 O3: Eu3，容易被254nm的射线刺激。发出蓝色光的荧光粉是bam gal 10 o 17: Eu3和sr2 a l6 o 12: Eu3等。发出绿光的离子是Tb3，不易被254nm的射线刺激，经常使用Ce3作为光敏剂。复合发光，发光材料在这里时，分离具有不同电荷(通常是正离子或孔和电子)的粒子对的复合发光。电离的带电粒子在发光材料内漂移或扩散，形成特征性的光电导，因此也称为“光电导”发光。单分子过程，双分子过程，如果电子在导带上停留的时间更短(10-1

9、0s)，如果电子在导带上停留的时间更长，2。发光特性，2.1色特性，不同的发光中心，不同的基质材料可以发出不同波长的光。已知发光材料可以复盖总可见光的范围。吸收光谱和发射光谱表征发光材料特性的一般方法。，Zn 2 sio4: Mn的发射和吸收光谱是物质来到这里时的相应光谱，相应吸收峰的波长是这里时的能量对应波长。发射光谱反映了发光材料发射光的情况，该峰的波长是光的颜色。一般来说，其波长大于吸收光谱的波长。宽带材料：半宽 100n m，窄带材料：半宽 50n m，例如Sr (po4) 3cl: Eu3，线谱材料：半宽0.1nm(例如例如，将Eu2掺杂在不同的基质中可以获得上述三种类型的发光材料，

10、并且可以随着矩阵的变化而改变发光的颜色。2.2发光强度，发光效率材料的发光技术表征。其大小与这里的强度有关。材料的发光效率等级可以表示为量子效率、能源效率和光度效率(流明效率)。量子效率：发光量子数与激发源输入的比率。能效：发光能量与刺激源输入的能量之比。光度学效率：发光流明数与产生源输入的能量的比率。2.3发光周期(余光)，荧光：激发和发射两个过程之间的间隔非常短，约为10-8秒。只要光源离开，荧光就会消失。磷光：离开这里的酱后，发光持续很长时间。余光时间：刺激停止后亮度下降到10%所用的时间。很短的余辉：余辉时间1s的发光，在美国的“9.11”事件中，世界贸易中心大楼内采用了照明型自发光材

11、料，以迅速撤出18000人，引起国际的轩然大波。该材料能吸收光吸收能力、庆典性、光光，在黑暗中连续12小时以上发出各种可见光，其发光亮度和发光时间达到现有荧光材料的30-50倍，广泛用于建筑和装饰、交通工具、军事设施、火灾应急、产业、日用品、工艺品等。6.3.2典型发光材料，1 .二元化合物是由气质的发光材料、I a-族化合物、碘化铯钠在CsI中加入NaI热熔制成的。x射线激发下发出蓝光，峰值波长在420nm，x射线吸收率高，发光率高， a-族化合物，SrS:Ce3是电致发光蓝色粉末；在CaS中作为活化剂可掺杂的离子更多，CaS:Eu，Tm目前被认为是实用、宽红色的长余辉粉末，但基体具有较强的

12、吸湿性，限制了实际应用。 a- a族化合物，氮化镓单晶蓝色发光区(490 nm)，砷化镓单晶近红外区(900 nm)，磷酸砷镓单晶，GaAs0.6P0.4红色(650 nm)，GaAs0.35P0。掺杂b，黄色，光谱峰值在580-590 nm之间。2 .氧化物和氧酸盐矩阵发光材料，Oran，blue，Oran，yello，blue，6.3.3发光材料的应用，1，明显。稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，使稀土成为发光宝库，在高新技术领域，尤其是信息和通信领域，提供了性能优良的发光材料。常见的无机荧光材料包括碱土金属中的硫化物(例如ZnS，CaS)铝酸盐(srol 2 o 4，CAA L2

13、 o 4，Baal 2 o 4，Baal 2 o 4)等用作发光矩阵，稀土针状元素铕(Eu)，钐(Sm)据介绍，稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，使稀土成为发光宝库，并为高新技术领域，尤其是信息通信领域提供了性能优良的发光材料。常见的无机荧光材料包括碱土金属中的硫化物(例如ZnS，CaS)铝酸盐(srol 2 o 4，CAA L2 o 4，Baal 2 o 4，Baal 2 o 4)等用作发光矩阵，稀土针状元素铕(Eu)，钐(Sm)，三色荧光粉，萤光灯，萤光灯，低压汞放电的荧光粉(红色粉末Y2O3:Eu，绿色粉末Cem gal 11 o 19: TB或La，ce，TbPO4，蓝色粉末b

14、am gal 10 o 17: eu)发光效率和寿命都高于白炽灯。LED，发光二极管由PN连接组成，加上正向电压，然后从p区域流入n区域的孔和从n区域注入p区域的电子，在PN连接附近微米中，电子和孔复合产生自然辐射荧光，发射的光的波长取决于电子和孔复合体发射的能量量。三色“红色”(AlGaAs)、“蓝色”(InGaN)和“绿色”(InGaN)。2、用于显示屏的发光材料、发光材料广泛应用于电视图像显示、计算机屏幕显示、计算机文字和图形显示等各种显示屏。其中阴极射线(CRT)荧光粉和彩色等离子平板显示器(PDP)使用的荧光粉是主要显示器的发光材料。3、吸收高能粒子和电磁辐射发光的膀胱材料广泛应用于

15、医学x射线成像检测、机场、车站旅客行李物品安全检查、工业无损检测、核医学成像领域。X-CT、-相机、PET、SPECT、PET、-相机、CT、20世纪的四大发明：核能、计算机、半导体、激光、6.4激光材料，自第一次激光诞生以来，激光技术已成为激光材质本质上是发光材质，与常规发光材质不同的是，激光材质生成的光子属于同一光子状态，具有很高的一致性和亮度。6.4.1激光生成原理爱因斯坦认为辐射与物质的相互作用主要包括刺激吸收、自发发射和激发发射。(1)感应吸收：当频率为v21的准单色光波通过能量间隙hv21的2级系数时，如果能量水平满足辐射转移选择法，低能量等级E1的原子吸收入射光子，转移到高能量等

16、级E2。宏观表示：光被吸收，(2)自发发射：转移到能量等级E2的原子不稳定，通过自发发射一种能量的光子返回到E1能量等级。每个原子的自发发射是独立进行的，彼此没有关系。宏观表示：发光(3)激发发射：高能量等级的粒子不仅自发发射，还受到入射频率为V21的光子的诱导刺激，将其转移到E1能量等级，同时可以发射与入射光子完全相同的光子。宏观表示：光放大，自发辐射和诱导辐射的区别：(4)粒子数反转，根据统计力学原理，大量相同粒子(原子、离子、分子)处于热平衡温度，粒子数按能量水平分布是玻尔兹曼分布定律，即N1，N2分别为能级E1在热平衡条件下，大多数粒子处于基态。换句话说，低能量级别的粒子总是比高能量级别的粒子数(N1N2)多。这称为粒子数的正常分布。要想使诱导辐射占优势或占优势，必须创建N2 n1。通过外部刺激破坏粒子的热平衡分布可能产生高能极E2的粒子数N2低能级E1的粒子数N1。这与正常分布相反，因此称为粒子数反向分布。如图4所示，由于一个感应光子不仅能引起刺激的辐射，还能引起刺激的吸收，因此只有高能原子的数量远高于低能级时，