无机非金属类功能材料简介.ppt

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1、第三章第三章 无机非金属类功能材料简介无机非金属类功能材料简介3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 概述概述概述概述 材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料材料的光学性质是光与材料的相互作用而使材料所表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱，所表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱，所表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱，所表现出的特性。如果光与材料相互作用的光强较弱，场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各场强的线性项起作用，

2、光与材料的相互作用就产生各场强的线性项起作用，光与材料的相互作用就产生各种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折种线性光学效应。如吸收、反射、全反射、透射、折射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的射、色散、散射以及各种现象中有关光偏振态改变的效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光效应等。这种利用线性光学效应传输光线的材料为光效应等。这种利用线性光

3、学效应传输光线的材料为光学介质材料学介质材料学介质材料学介质材料(optical medium materials)(optical medium materials)(optical medium materials)(optical medium materials)。3.1 3.1 光学材料简介光学材料简介 光学介质材料可以以折射、反射和透射的方式光学介质材料可以以折射、反射和透射的方式光学介质材料可以以折射、反射和透射的方式光学介质材料可以以折射、反射和透射的方式改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定的要改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定的要改变光线的方向、强度和位相，使光线按

4、预定的要改变光线的方向、强度和位相，使光线按预定的要求传输；也可以吸收或透过一定波长范围的光线而求传输；也可以吸收或透过一定波长范围的光线而求传输；也可以吸收或透过一定波长范围的光线而求传输；也可以吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。其主要性能参数有两个：光改变光线的光谱成分。其主要性能参数有两个：光改变光线的光谱成分。其主要性能参数有两个：光改变光线的光谱成分。其主要性能参数有两个：光谱通过率和光学色散，即不同波长下的透过率和折谱通过率和光学色散，即不同波长下的透过率和折谱通过率和光学色散，即不同波长下的透过率和折谱通过率和光学色散，即不同波长下的透过率和折射率。光学介质材料从

5、形态及组成上可分为射率。光学介质材料从形态及组成上可分为射率。光学介质材料从形态及组成上可分为射率。光学介质材料从形态及组成上可分为5 5 5 5类：类：类：类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料、光学薄膜和光学光学玻璃、光学晶体、光学塑料、光学薄膜和光学光学玻璃、光学晶体、光学塑料、光学薄膜和光学光学玻璃、光学晶体、光学塑料、光学薄膜和光学纤维。纤维。纤维。纤维。3.1.2 3.1.2 激光材料激光材料 激光，又名镭射激光，又名镭射激光，又名镭射激光，又名镭射(LASER)(LASER)(LASER)(LASER)，来源于经受激辐射引，来源于经受激辐射引，来源于经受激辐射引，来源于经受激辐射引起光

6、频放大的英文（起光频放大的英文（起光频放大的英文（起光频放大的英文（Light Amplification by Light Amplification by Light Amplification by Light Amplification by Stimulated RadiationStimulated RadiationStimulated RadiationStimulated Radiation的缩写。原意表示光的放大及的缩写。原意表示光的放大及的缩写。原意表示光的放大及的缩写。原意表示光的放大及其放大的方式，现在用作由特殊振荡器发出的品质好、其放大的方式，现在用作由特殊振荡器发

7、出的品质好、其放大的方式，现在用作由特殊振荡器发出的品质好、其放大的方式，现在用作由特殊振荡器发出的品质好、具有特定频率的光波之意。具有特定频率的光波之意。具有特定频率的光波之意。具有特定频率的光波之意。光的产生总是和原子中电子的跃迁有关。假光的产生总是和原子中电子的跃迁有关。假光的产生总是和原子中电子的跃迁有关。假光的产生总是和原子中电子的跃迁有关。假如原子处于高能态，然后跃迁到低能态，则它以辐射如原子处于高能态，然后跃迁到低能态，则它以辐射如原子处于高能态，然后跃迁到低能态，则它以辐射如原子处于高能态，然后跃迁到低能态，则它以辐射形式发生能量。一个具有能量等于两能级间能量差的形式发生能量。

8、一个具有能量等于两能级间能量差的形式发生能量。一个具有能量等于两能级间能量差的形式发生能量。一个具有能量等于两能级间能量差的光子与处于高能态的原子作用，使原子转变到低能态光子与处于高能态的原子作用，使原子转变到低能态光子与处于高能态的原子作用，使原子转变到低能态光子与处于高能态的原子作用，使原子转变到低能态同时产生第二个光子，这一过程称为受激发射。受激同时产生第二个光子，这一过程称为受激发射。受激同时产生第二个光子，这一过程称为受激发射。受激同时产生第二个光子，这一过程称为受激发射。受激发射产生的光就是激光。发射产生的光就是激光。发射产生的光就是激光。发射产生的光就是激光。*当光入射到由大量粒

9、子所组成的系统时，光的吸当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸当光入射到由大量粒子所组成的系统时，光的吸收、自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。收、自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。收、自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。收、自发辐射和受激辐射三个基本过程是同时存在的。在热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上在热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上在热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上在热平衡状态，高能级上的粒子数总是小于低能级上的粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子的粒子数，产生激光作用的必要

10、条件是使原子或分子的粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子的粒子数，产生激光作用的必要条件是使原子或分子系统的两个能级之间实现粒子数反转。系统的两个能级之间实现粒子数反转。系统的两个能级之间实现粒子数反转。系统的两个能级之间实现粒子数反转。固体激光器材料固体激光器材料 1 1 1 1激活离子激活离子激活离子激活离子 固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的固体激光工作物质要在基质晶体中掺入适量的激活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态激活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态激活离子。激活离子的作用是在

11、固体中提供亚稳态激活离子。激活离子的作用是在固体中提供亚稳态能级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目能级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目能级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目能级，由光泵作用激发振荡出一定波长的激光。目前激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元前激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元前激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元前激活离子来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元素。激光的波长是由激活离子的种类决定的。素。激光的波长是由激活离子的种类决定的。素。激光的波长是由激活离子的种类决定的。素。激光的波长是由激活离子的种类决定的。2 2基质晶体基质晶体基质晶

12、体基质晶体基质晶体基本上有三类：基质晶体基本上有三类：基质晶体基本上有三类：基质晶体基本上有三类：1)1)氟化物晶体氟化物晶体氟化物晶体氟化物晶体 这类晶体熔点较低，易于生长单晶，这类晶体熔点较低，易于生长单晶，这类晶体熔点较低，易于生长单晶，这类晶体熔点较低，易于生长单晶，是早期研究的激光晶体材料，如是早期研究的激光晶体材料，如是早期研究的激光晶体材料，如是早期研究的激光晶体材料，如CaFCaF2 2，BaFBaF2 2，SrFSrF2 2，LaFLaF3 3，MgFMgF2 2等。但是，它们大多要在低温下才能工作等。但是，它们大多要在低温下才能工作等。但是，它们大多要在低温下才能工作等。但

13、是，它们大多要在低温下才能工作。所以现在较少应用。所以现在较少应用。所以现在较少应用。所以现在较少应用。2)2)含氧金属酸化物晶体含氧金属酸化物晶体含氧金属酸化物晶体含氧金属酸化物晶体 这类材料是较早研究的激这类材料是较早研究的激这类材料是较早研究的激这类材料是较早研究的激光晶体材料之一，均以三价稀土离子为激活离子，如光晶体材料之一，均以三价稀土离子为激活离子，如光晶体材料之一，均以三价稀土离子为激活离子，如光晶体材料之一，均以三价稀土离子为激活离子，如CaWOCaWO4 4，CaMnOCaMnO4 4，LiNbOLiNbO4 4，Ca(POCa(PO4 4)3 3F F等。等。等。等。3)3

14、)金属氧化物晶体金属氧化物晶体金属氧化物晶体金属氧化物晶体 这类晶体如这类晶体如这类晶体如这类晶体如AlAl2 2OO3 3，Y Y3 3AlAl5 5OO1212，ErEr2 2OO3 3，Y Y2 2OO3 3等，掺入三价过渡族金属离子或三价等，掺入三价过渡族金属离子或三价等，掺入三价过渡族金属离子或三价等，掺入三价过渡族金属离子或三价稀土离子构成激光晶体，应用较广，研制最多。掺杂稀土离子构成激光晶体，应用较广，研制最多。掺杂稀土离子构成激光晶体，应用较广，研制最多。掺杂稀土离子构成激光晶体，应用较广，研制最多。掺杂时不需电荷补尝，但它们的熔点均高，制取优质单晶时不需电荷补尝，但它们的熔点

15、均高，制取优质单晶时不需电荷补尝，但它们的熔点均高，制取优质单晶时不需电荷补尝，但它们的熔点均高，制取优质单晶都较困难。都较困难。都较困难。都较困难。红宝石是世界上第一台固体激光器的工作物质，红宝石是世界上第一台固体激光器的工作物质，红宝石是世界上第一台固体激光器的工作物质，红宝石是世界上第一台固体激光器的工作物质，它是由刚玉单晶它是由刚玉单晶它是由刚玉单晶它是由刚玉单晶(-AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3)为基质，掺入为基质，掺入为基质，掺入为基质，掺入CrCrCrCr3+3+3+3+激活离激活离激活离激活离子所组成的。子所组成的。子所组成的。子所组成的。红宝石的激

16、光发射波长为可见光红宝石的激光发射波长为可见光红宝石的激光发射波长为可见光红宝石的激光发射波长为可见光红光的波。这红光的波。这红光的波。这红光的波。这一波长的光，不但为人眼可见，而且对于绝大多数的一波长的光，不但为人眼可见，而且对于绝大多数的一波长的光，不但为人眼可见，而且对于绝大多数的一波长的光，不但为人眼可见，而且对于绝大多数的各种光敏材料和光电探测元件来说，都是易于进行探各种光敏材料和光电探测元件来说，都是易于进行探各种光敏材料和光电探测元件来说，都是易于进行探各种光敏材料和光电探测元件来说，都是易于进行探测和定量测量的。因此红宝石激光器在激光器基础研测和定量测量的。因此红宝石激光器在激

17、光器基础研测和定量测量的。因此红宝石激光器在激光器基础研测和定量测量的。因此红宝石激光器在激光器基础研究、强光究、强光究、强光究、强光(非线性非线性非线性非线性)光学研究、激光光谱学研究、激光光学研究、激光光谱学研究、激光光学研究、激光光谱学研究、激光光学研究、激光光谱学研究、激光照相和全息技术、激光雷达与测距技术等方面都有广照相和全息技术、激光雷达与测距技术等方面都有广照相和全息技术、激光雷达与测距技术等方面都有广照相和全息技术、激光雷达与测距技术等方面都有广泛的应用。泛的应用。泛的应用。泛的应用。3 3 3 3红宝石激光晶体红宝石激光晶体红宝石激光晶体红宝石激光晶体(Al(Al(Al(Al

18、2 2 2 2O O O O3 3 3 3:Cr:Cr:Cr:Cr3+3+3+3+)4 4 4 4钕钇铝石榴石激光晶体钕钇铝石榴石激光晶体钕钇铝石榴石激光晶体钕钇铝石榴石激光晶体(YAG:Nd(YAG:Nd(YAG:Nd(YAG:Nd3+3+3+3+)激光工作物质是激光工作物质是激光工作物质是激光工作物质是Y Y Y Y3 3 3 3AlAlAlAl5 5 5 5O O O O12121212作为基质，作为基质，作为基质，作为基质，NdNdNdNd3+3+3+3+作为激作为激作为激作为激发离子。具有良好的力学、热学和光学性能。军用发离子。具有良好的力学、热学和光学性能。军用发离子。具有良好的力

19、学、热学和光学性能。军用发离子。具有良好的力学、热学和光学性能。军用激光测距仪和制导用激光照明器都采用钕钇铝石榴激光测距仪和制导用激光照明器都采用钕钇铝石榴激光测距仪和制导用激光照明器都采用钕钇铝石榴激光测距仪和制导用激光照明器都采用钕钇铝石榴石激光器。这种激光器也是唯一能在常温下连续工石激光器。这种激光器也是唯一能在常温下连续工石激光器。这种激光器也是唯一能在常温下连续工石激光器。这种激光器也是唯一能在常温下连续工作，且有较大功率的固体激光器。作，且有较大功率的固体激光器。作，且有较大功率的固体激光器。作，且有较大功率的固体激光器。半导体激光器是固体激光器中重要的一类。这半导体激光器是固体激

20、光器中重要的一类。这半导体激光器是固体激光器中重要的一类。这半导体激光器是固体激光器中重要的一类。这类激光器的特点是体积小、效率高、运行简单、便类激光器的特点是体积小、效率高、运行简单、便类激光器的特点是体积小、效率高、运行简单、便类激光器的特点是体积小、效率高、运行简单、便宜。宜。宜。宜。半导体激光器的基本结构极为简单，是半导体半导体激光器的基本结构极为简单，是半导体半导体激光器的基本结构极为简单，是半导体半导体激光器的基本结构极为简单，是半导体器件器件器件器件pnpn结二极管，在电流正向流动时会引起激光结二极管，在电流正向流动时会引起激光结二极管，在电流正向流动时会引起激光结二极管，在电流

21、正向流动时会引起激光振荡。振荡。振荡。振荡。5 5半导体激光材料半导体激光材料半导体激光材料半导体激光材料3.1.3 3.1.3 光纤材料光纤材料1 1）结构和原理结构和原理结构和原理结构和原理 光导纤维由纤芯和包层两部分组成。芯子一般由高光导纤维由纤芯和包层两部分组成。芯子一般由高光导纤维由纤芯和包层两部分组成。芯子一般由高光导纤维由纤芯和包层两部分组成。芯子一般由高折射率的石英玻璃或多组分光学玻璃制成，包层由低折射率的石英玻璃或多组分光学玻璃制成，包层由低折射率的石英玻璃或多组分光学玻璃制成，包层由低折射率的石英玻璃或多组分光学玻璃制成，包层由低折射率的玻璃或塑料制成。折射率的玻璃或塑料制

22、成。折射率的玻璃或塑料制成。折射率的玻璃或塑料制成。光在光导纤维中传播的基本原理是全反射。即创造光在光导纤维中传播的基本原理是全反射。即创造光在光导纤维中传播的基本原理是全反射。即创造光在光导纤维中传播的基本原理是全反射。即创造条件使光通过两种不同媒质界面时没有折射只有反射。条件使光通过两种不同媒质界面时没有折射只有反射。条件使光通过两种不同媒质界面时没有折射只有反射。条件使光通过两种不同媒质界面时没有折射只有反射。2 2）光导纤维的种类光导纤维的种类光导纤维的种类光导纤维的种类形成波导传输的纤维结构形成波导传输的纤维结构形成波导传输的纤维结构形成波导传输的纤维结构有有有有阶跃型阶跃型阶跃型阶

23、跃型和和和和梯度型梯度型梯度型梯度型两类。两类。两类。两类。阶跃型光导纤维的芯子与阶跃型光导纤维的芯子与阶跃型光导纤维的芯子与阶跃型光导纤维的芯子与包层间折射率是阶梯状的包层间折射率是阶梯状的包层间折射率是阶梯状的包层间折射率是阶梯状的改变，入射光线在纤芯和改变，入射光线在纤芯和改变，入射光线在纤芯和改变，入射光线在纤芯和包层的界面产生全反射，包层的界面产生全反射，包层的界面产生全反射，包层的界面产生全反射，呈锯齿状曲折前进。呈锯齿状曲折前进。呈锯齿状曲折前进。呈锯齿状曲折前进。梯度型光导纤维的纤芯折射率从中心轴线开始向梯度型光导纤维的纤芯折射率从中心轴线开始向梯度型光导纤维的纤芯折射率从中心

24、轴线开始向梯度型光导纤维的纤芯折射率从中心轴线开始向径向逐渐减小径向逐渐减小径向逐渐减小径向逐渐减小(约以半径的二次方的反比例递减约以半径的二次方的反比例递减约以半径的二次方的反比例递减约以半径的二次方的反比例递减)，因，因，因，因此入射光线进入光纤后，偏离中心轴线的光将呈曲线此入射光线进入光纤后，偏离中心轴线的光将呈曲线此入射光线进入光纤后，偏离中心轴线的光将呈曲线此入射光线进入光纤后，偏离中心轴线的光将呈曲线路径向中心集束传输。由于光束在梯度型光纤中传播路径向中心集束传输。由于光束在梯度型光纤中传播路径向中心集束传输。由于光束在梯度型光纤中传播路径向中心集束传输。由于光束在梯度型光纤中传播

25、对，形成周期性的会聚和发散，呈波浪式曲线前进，对，形成周期性的会聚和发散，呈波浪式曲线前进，对，形成周期性的会聚和发散，呈波浪式曲线前进，对，形成周期性的会聚和发散，呈波浪式曲线前进，故梯度型光纤又称聚焦型光纤。故梯度型光纤又称聚焦型光纤。故梯度型光纤又称聚焦型光纤。故梯度型光纤又称聚焦型光纤。*光导纤维种类繁多，光导纤维种类繁多，光导纤维种类繁多，光导纤维种类繁多，按化学组成分为：石英玻璃光纤、卤化物光学纤维、按化学组成分为：石英玻璃光纤、卤化物光学纤维、按化学组成分为：石英玻璃光纤、卤化物光学纤维、按化学组成分为：石英玻璃光纤、卤化物光学纤维、硫系玻璃光纤和塑料光纤。硫系玻璃光纤和塑料光纤

26、。硫系玻璃光纤和塑料光纤。硫系玻璃光纤和塑料光纤。按应用分为通信光纤和功能光纤。按应用分为通信光纤和功能光纤。按应用分为通信光纤和功能光纤。按应用分为通信光纤和功能光纤。通信光纤是光导纤维最主要的应用领域，而功能光纤则是通信光纤是光导纤维最主要的应用领域，而功能光纤则是通信光纤是光导纤维最主要的应用领域，而功能光纤则是通信光纤是光导纤维最主要的应用领域，而功能光纤则是有开发前途的领域。在功能光纤中又分为有开发前途的领域。在功能光纤中又分为有开发前途的领域。在功能光纤中又分为有开发前途的领域。在功能光纤中又分为传感光纤、传光光传感光纤、传光光传感光纤、传光光传感光纤、传光光纤和激光光纤纤和激光光

27、纤纤和激光光纤纤和激光光纤。传感光纤传感光纤传感光纤传感光纤是在传感器中作为功能元件的光导是在传感器中作为功能元件的光导是在传感器中作为功能元件的光导是在传感器中作为功能元件的光导纤维。纤维。纤维。纤维。传光光纤传光光纤传光光纤传光光纤是以传输电磁频谱的可见、红外和紫外区光是以传输电磁频谱的可见、红外和紫外区光是以传输电磁频谱的可见、红外和紫外区光是以传输电磁频谱的可见、红外和紫外区光为基本特征，进而实现导光、图像和能量传输的光导纤维。为基本特征，进而实现导光、图像和能量传输的光导纤维。为基本特征，进而实现导光、图像和能量传输的光导纤维。为基本特征，进而实现导光、图像和能量传输的光导纤维。激光

28、光纤激光光纤激光光纤激光光纤是掺有一定浓度激活离子、在某特定波长光的激励是掺有一定浓度激活离子、在某特定波长光的激励是掺有一定浓度激活离子、在某特定波长光的激励是掺有一定浓度激活离子、在某特定波长光的激励下能产生激光的光导纤维，又称激活光纤。它主要用于光纤下能产生激光的光导纤维，又称激活光纤。它主要用于光纤下能产生激光的光导纤维，又称激活光纤。它主要用于光纤下能产生激光的光导纤维，又称激活光纤。它主要用于光纤放大器和光纤激光器。放大器和光纤激光器。放大器和光纤激光器。放大器和光纤激光器。3.1.4 3.1.4 红外材料红外材料在红外线应用技术中，要使用能够透过红外线在红外线应用技术中，要使用能

29、够透过红外线在红外线应用技术中，要使用能够透过红外线在红外线应用技术中，要使用能够透过红外线的材料，这些材料应具有对不同波长红外线的透过的材料，这些材料应具有对不同波长红外线的透过的材料，这些材料应具有对不同波长红外线的透过的材料，这些材料应具有对不同波长红外线的透过率、折射率及色散，一定的机械强度及物理、化学率、折射率及色散，一定的机械强度及物理、化学率、折射率及色散，一定的机械强度及物理、化学率、折射率及色散，一定的机械强度及物理、化学稳定性。稳定性。稳定性。稳定性。在红外技术中作为光学材料使用的晶体主要有在红外技术中作为光学材料使用的晶体主要有在红外技术中作为光学材料使用的晶体主要有在红

30、外技术中作为光学材料使用的晶体主要有碱卤化合物晶体、碱土碱卤化合物晶体、碱土碱卤化合物晶体、碱土碱卤化合物晶体、碱土卤族化合物晶体、氧化物卤族化合物晶体、氧化物卤族化合物晶体、氧化物卤族化合物晶体、氧化物晶体、无机盐晶体及半导体晶体。晶体、无机盐晶体及半导体晶体。晶体、无机盐晶体及半导体晶体。晶体、无机盐晶体及半导体晶体。应用于滤光片、基板等方面。在火箭、导弹、应用于滤光片、基板等方面。在火箭、导弹、应用于滤光片、基板等方面。在火箭、导弹、应用于滤光片、基板等方面。在火箭、导弹、人造卫星、通讯、遥测等使用的红外装置中被广泛人造卫星、通讯、遥测等使用的红外装置中被广泛人造卫星、通讯、遥测等使用的

31、红外装置中被广泛人造卫星、通讯、遥测等使用的红外装置中被广泛地用作窗口和整流罩等。地用作窗口和整流罩等。地用作窗口和整流罩等。地用作窗口和整流罩等。3.1.5 3.1.5 发光材料发光材料 发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转换为特征辐射的现象。发光材料的种段，直接转换为特征辐射的现象。发光材料的种段，直接转换为特征辐射的现象。发光材料的种段，直接转换为特征辐射的现象。发光材料的种类很多，它们可以作为新型和有特殊性能的光源，类很多，它们可以作为新型和有特殊性能的

32、光源，类很多，它们可以作为新型和有特殊性能的光源，类很多，它们可以作为新型和有特殊性能的光源，可以用于显示、显像、探测辐射场及其他技术手可以用于显示、显像、探测辐射场及其他技术手可以用于显示、显像、探测辐射场及其他技术手可以用于显示、显像、探测辐射场及其他技术手段。段。段。段。1 1）电子束激发发光材料：被电子束轰击后发）电子束激发发光材料：被电子束轰击后发）电子束激发发光材料：被电子束轰击后发）电子束激发发光材料：被电子束轰击后发光的物质。如：光的物质。如：光的物质。如：光的物质。如：ZnS:Ag ZnS:Ag 等等等等 2 2）x x射线发光材料：射线发光材料：射线发光材料：射线发光材料：

33、使使使使x x光转换为可见光的发光材料。如光转换为可见光的发光材料。如光转换为可见光的发光材料。如光转换为可见光的发光材料。如Y Y2 2OO2 2S:TbS:Tb2.2.场致发光：半导体材料在外电场作用下，出场致发光：半导体材料在外电场作用下，出场致发光：半导体材料在外电场作用下，出场致发光：半导体材料在外电场作用下，出现发光现象。包括：现发光现象。包括：现发光现象。包括：现发光现象。包括：1)1)发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管(LED)(LED)：一：一：一：一种在低电压下发光的器件，使用单晶或单晶薄种在低电压下发光的器件，使用单晶或单晶薄种在低电压下发光的器件，使用单晶或单晶薄

34、种在低电压下发光的器件，使用单晶或单晶薄膜材料，可以制成指示器，数字显示器、计算膜材料，可以制成指示器，数字显示器、计算膜材料，可以制成指示器，数字显示器、计算膜材料，可以制成指示器，数字显示器、计算机及仪表。机及仪表。机及仪表。机及仪表。2)OLED:2)OLED:以有机薄膜为发光体以有机薄膜为发光体以有机薄膜为发光体以有机薄膜为发光体 发光材料的类别发光材料的类别光致发光和场致发光两种光致发光和场致发光两种光致发光和场致发光两种光致发光和场致发光两种1.1.光致发光：用光激发发光体引起的发光。包括：光致发光：用光激发发光体引起的发光。包括：光致发光：用光激发发光体引起的发光。包括：光致发光

35、：用光激发发光体引起的发光。包括：3.1.6 3.1.6 光色材料光色材料材料受光照射着色，停止光照时又可逆地退色，材料受光照射着色，停止光照时又可逆地退色，材料受光照射着色，停止光照时又可逆地退色，材料受光照射着色，停止光照时又可逆地退色，这一特性称为材料的光色现象。这一特性称为材料的光色现象。这一特性称为材料的光色现象。这一特性称为材料的光色现象。到目前为止，已发现了几百种光色材料，其中光到目前为止，已发现了几百种光色材料，其中光到目前为止，已发现了几百种光色材料，其中光到目前为止，已发现了几百种光色材料，其中光色玻璃就是重要的一种。光色玻璃由普通玻璃掺入卤色玻璃就是重要的一种。光色玻璃由

36、普通玻璃掺入卤色玻璃就是重要的一种。光色玻璃由普通玻璃掺入卤色玻璃就是重要的一种。光色玻璃由普通玻璃掺入卤化银制得，遇光变暗，无光退色。一些单晶体也有光化银制得，遇光变暗，无光退色。一些单晶体也有光化银制得，遇光变暗，无光退色。一些单晶体也有光化银制得，遇光变暗，无光退色。一些单晶体也有光色互变特性，如掺有稀土元素钐和铕的氟化钙晶体，色互变特性，如掺有稀土元素钐和铕的氟化钙晶体，色互变特性，如掺有稀土元素钐和铕的氟化钙晶体，色互变特性，如掺有稀土元素钐和铕的氟化钙晶体，白光下成绿色，紫外光照射后绿色退去。白光下成绿色，紫外光照射后绿色退去。白光下成绿色，紫外光照射后绿色退去。白光下成绿色，紫外

37、光照射后绿色退去。着色褪色的机理着色褪色的机理硅铝酸盐玻璃中引入银盐和卤素，经熔化、成硅铝酸盐玻璃中引入银盐和卤素，经熔化、成型、热处理后，会使卤化银亚微晶聚集成一定型、热处理后，会使卤化银亚微晶聚集成一定大小，在紫外线和太阳光等短波长的光线辐照大小，在紫外线和太阳光等短波长的光线辐照下，将引起光分解，产生胶态下，将引起光分解，产生胶态AgAg原子，其集中原子，其集中到一定程度，形成到一定程度，形成AgAg胶体，产生着色。胶体，产生着色。由于光分解后的卤素不能从玻璃基体晶格中逸由于光分解后的卤素不能从玻璃基体晶格中逸出，所以光照停止后，由于热或长波长光的作出，所以光照停止后，由于热或长波长光的

38、作用，用，AgAg原子与卤素结合，回到卤化银状态，而原子与卤素结合，回到卤化银状态，而褪色。褪色。卤化银光色玻璃是把照相化学原理移植到玻璃卤化银光色玻璃是把照相化学原理移植到玻璃中中但光色玻璃是可逆的，而照相底片只能用一次但光色玻璃是可逆的，而照相底片只能用一次原因：照相底片中的原因：照相底片中的AgBrAgBr经曝光后分解出经曝光后分解出AgAg和和BrBr，经显影、定影后，经显影、定影后，AgAg被固定下来，而被固定下来，而BrBr却却溶于定影液中，不能再结合溶于定影液中，不能再结合 而光色玻璃种的卤素不能逸出，而光色玻璃种的卤素不能逸出，AgAg也不能自也不能自由运动，无光照时，二者可再

39、结合由运动，无光照时，二者可再结合 光色材料一个重要用途是作为光存储材料，由光色材料一个重要用途是作为光存储材料，由光色材料一个重要用途是作为光存储材料，由光色材料一个重要用途是作为光存储材料，由于光色材料的颜色在光照下发生可逆变化，所以产于光色材料的颜色在光照下发生可逆变化，所以产于光色材料的颜色在光照下发生可逆变化，所以产于光色材料的颜色在光照下发生可逆变化，所以产生两种型式的光学存储，即生两种型式的光学存储，即生两种型式的光学存储，即生两种型式的光学存储，即“写入写入写入写入”型与型与型与型与“消除消除消除消除”型，型，型，型，写入型写入型写入型写入型是用适当的紫光或紫外线辐射来是用适当

40、的紫光或紫外线辐射来是用适当的紫光或紫外线辐射来是用适当的紫光或紫外线辐射来“转换转换转换转换”最初处于热稳定或非转换态的材料。最初处于热稳定或非转换态的材料。最初处于热稳定或非转换态的材料。最初处于热稳定或非转换态的材料。消除型消除型消除型消除型是用适当的可见是用适当的可见是用适当的可见是用适当的可见“消除消除消除消除”光对预先在转换辐光对预先在转换辐光对预先在转换辐光对预先在转换辐射下均匀曝光而变黑了的材料进行有选择的光学消射下均匀曝光而变黑了的材料进行有选择的光学消射下均匀曝光而变黑了的材料进行有选择的光学消射下均匀曝光而变黑了的材料进行有选择的光学消除。通常记录全息图都采用消除型。除。

41、通常记录全息图都采用消除型。除。通常记录全息图都采用消除型。除。通常记录全息图都采用消除型。*1 1）液晶材料液晶材料液晶材料液晶材料 至今已经知道的液晶物质，多数为脂肪族化合物、至今已经知道的液晶物质，多数为脂肪族化合物、至今已经知道的液晶物质，多数为脂肪族化合物、至今已经知道的液晶物质，多数为脂肪族化合物、芳香族化合物和甾族化合物，它们是具有各种各样结芳香族化合物和甾族化合物，它们是具有各种各样结芳香族化合物和甾族化合物，它们是具有各种各样结芳香族化合物和甾族化合物，它们是具有各种各样结构的物质。芳香族环和不饱和键有利于液晶的形成。构的物质。芳香族环和不饱和键有利于液晶的形成。构的物质。芳

42、香族环和不饱和键有利于液晶的形成。构的物质。芳香族环和不饱和键有利于液晶的形成。4 4，44二取代联苯和二取代联苯和二取代联苯和二取代联苯和4 4，44二取代联三苯也能成液晶。二取代联三苯也能成液晶。二取代联三苯也能成液晶。二取代联三苯也能成液晶。对（对（对（对（44氰基苄叉氨）肉桂酸旋性戊脂等显示为胆甾氰基苄叉氨）肉桂酸旋性戊脂等显示为胆甾氰基苄叉氨）肉桂酸旋性戊脂等显示为胆甾氰基苄叉氨）肉桂酸旋性戊脂等显示为胆甾相液晶，胆甾醇的酯类（相液晶，胆甾醇的酯类（相液晶，胆甾醇的酯类（相液晶，胆甾醇的酯类（V V）为胆甾相液晶。作为向）为胆甾相液晶。作为向）为胆甾相液晶。作为向）为胆甾相液晶。作为

43、向列型液晶材料有列型液晶材料有列型液晶材料有列型液晶材料有PP氧化偶氮基苯甲醚氧化偶氮基苯甲醚氧化偶氮基苯甲醚氧化偶氮基苯甲醚(PAA)(PAA)、PP甲甲甲甲氧苄叉、氧苄叉、氧苄叉、氧苄叉、PJPJ替苯胺替苯胺替苯胺替苯胺(MBBA)(MBBA)等；近晶型液晶有氰基等；近晶型液晶有氰基等；近晶型液晶有氰基等；近晶型液晶有氰基辛基联苯（辛基联苯（辛基联苯（辛基联苯（COBCOB）等；胆甾醇型液晶有胆甾醇壬醇）等；胆甾醇型液晶有胆甾醇壬醇）等；胆甾醇型液晶有胆甾醇壬醇）等；胆甾醇型液晶有胆甾醇壬醇（CNCN）等。）等。）等。）等。3.1.7 3.1.7 液晶材料液晶材料2 2）液晶的效应）液晶的

44、效应）液晶的效应）液晶的效应 a a温度效应温度效应温度效应温度效应 当胆甾型液晶的螺距与光的波长一致时，就产生强当胆甾型液晶的螺距与光的波长一致时，就产生强当胆甾型液晶的螺距与光的波长一致时，就产生强当胆甾型液晶的螺距与光的波长一致时，就产生强烈的选择性反射。白光照射时，因其螺距对温度十分烈的选择性反射。白光照射时，因其螺距对温度十分烈的选择性反射。白光照射时，因其螺距对温度十分烈的选择性反射。白光照射时，因其螺距对温度十分敏感，就使它的颜色在几摄氏度温度范围内剧烈地改敏感，就使它的颜色在几摄氏度温度范围内剧烈地改敏感，就使它的颜色在几摄氏度温度范围内剧烈地改敏感，就使它的颜色在几摄氏度温度

45、范围内剧烈地改变，引起液晶的温度效应。该效应在金属材料的无损变，引起液晶的温度效应。该效应在金属材料的无损变，引起液晶的温度效应。该效应在金属材料的无损变，引起液晶的温度效应。该效应在金属材料的无损探伤，红外上转换，微电子学中热点的探测及在医学探伤，红外上转换，微电子学中热点的探测及在医学探伤，红外上转换，微电子学中热点的探测及在医学探伤，红外上转换，微电子学中热点的探测及在医学上诊断疾病，探查肿瘤有重要的应用。上诊断疾病，探查肿瘤有重要的应用。上诊断疾病，探查肿瘤有重要的应用。上诊断疾病，探查肿瘤有重要的应用。b b 电光效应电光效应电光效应电光效应在外电场作用下，从液晶反射出的光线在强度、

46、在外电场作用下，从液晶反射出的光线在强度、在外电场作用下，从液晶反射出的光线在强度、在外电场作用下，从液晶反射出的光线在强度、颜色和色调上都有所不同，这是液晶的电光效应。该颜色和色调上都有所不同，这是液晶的电光效应。该颜色和色调上都有所不同，这是液晶的电光效应。该颜色和色调上都有所不同，这是液晶的电光效应。该效应最重要的应用是在各种各样的显示装置上。效应最重要的应用是在各种各样的显示装置上。效应最重要的应用是在各种各样的显示装置上。效应最重要的应用是在各种各样的显示装置上。c.c.光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应 在镀有透明电极的两块玻璃板之间，夹有一层在镀有透明电极的两块玻璃

47、板之间，夹有一层在镀有透明电极的两块玻璃板之间，夹有一层在镀有透明电极的两块玻璃板之间，夹有一层向列型或近晶型液晶。用强光照射，在电极间出现电向列型或近晶型液晶。用强光照射，在电极间出现电向列型或近晶型液晶。用强光照射，在电极间出现电向列型或近晶型液晶。用强光照射，在电极间出现电动势的现象叫光生伏特效应即光电效应。该效应广动势的现象叫光生伏特效应即光电效应。该效应广动势的现象叫光生伏特效应即光电效应。该效应广动势的现象叫光生伏特效应即光电效应。该效应广泛应用于生物液晶中。泛应用于生物液晶中。泛应用于生物液晶中。泛应用于生物液晶中。d d超声效应超声效应超声效应超声效应 在超生波作用下，液晶分子

48、的排列改变，使液在超生波作用下，液晶分子的排列改变，使液在超生波作用下，液晶分子的排列改变，使液在超生波作用下，液晶分子的排列改变，使液晶物质显示出不同颜色和不同的透光性质。晶物质显示出不同颜色和不同的透光性质。晶物质显示出不同颜色和不同的透光性质。晶物质显示出不同颜色和不同的透光性质。e.e.理化效应理化效应理化效应理化效应 把液晶化合物暴露在有机溶剂的蒸气中，这些把液晶化合物暴露在有机溶剂的蒸气中，这些把液晶化合物暴露在有机溶剂的蒸气中，这些把液晶化合物暴露在有机溶剂的蒸气中，这些蒸气就溶解在液晶物质之中，从而使物质的物理蒸气就溶解在液晶物质之中，从而使物质的物理蒸气就溶解在液晶物质之中，

49、从而使物质的物理蒸气就溶解在液晶物质之中，从而使物质的物理化学性质发生变化，这是液晶的理化效应，利用化学性质发生变化，这是液晶的理化效应，利用化学性质发生变化，这是液晶的理化效应，利用化学性质发生变化，这是液晶的理化效应，利用该性质可以监测有毒气体。该性质可以监测有毒气体。该性质可以监测有毒气体。该性质可以监测有毒气体。另外，液晶还有应力效应，压电效应、辐照效另外，液晶还有应力效应，压电效应、辐照效另外，液晶还有应力效应，压电效应、辐照效另外，液晶还有应力效应，压电效应、辐照效应等。应等。应等。应等。3 3）液晶的应用）液晶的应用）液晶的应用）液晶的应用 由于液晶在光学特性上显示出明显的各向异

50、性，可由于液晶在光学特性上显示出明显的各向异性，可由于液晶在光学特性上显示出明显的各向异性，可由于液晶在光学特性上显示出明显的各向异性，可以改变光的偏振方向，可以制成光导液晶光阀，光调以改变光的偏振方向，可以制成光导液晶光阀，光调以改变光的偏振方向，可以制成光导液晶光阀，光调以改变光的偏振方向，可以制成光导液晶光阀，光调制器、光通信用光路转换开关等液晶器件。另外，液制器、光通信用光路转换开关等液晶器件。另外，液制器、光通信用光路转换开关等液晶器件。另外，液制器、光通信用光路转换开关等液晶器件。另外，液晶作为存储元件、光控器件与激光器结合。可控制激晶作为存储元件、光控器件与激光器结合。可控制激晶