《功能材料(光学材料)》.ppt

功能材料Function Materials 主讲： 孙彦彬 副教授 Email: ybs@jlu.edu.cn Tel:第七章 光学材料 7.2 激光材料 7.2.2 固体激光器材料 2．基质晶体 再 见 表7-5 X射线发光材料 激光出现后，因激光的强度可≥107W/cm2，在它激发下除了容易引起发光外，还容易出现非线性效应，包括双光子或多光子效应，易引起转换，如将红外光转换为可见光。发光效率有三种表示方法：量子效率、能量效率及光度效率。量子效率指发光的量子数与激发源输入的量子数的比值；能量效率是指发光的能量与激发源输入的能量的比值；光度效率指发光的光度与激发源输入的能量的比值。 发光的第三个特征是发光持续时间。最初发光分为荧光及磷光两种。荧光是指在激发时发出的光，磷光是指在激发停止后发出的光。发光时间小于10-8s为荧光，大于10-8s为磷光。当时对发光持续时间很短的发光无法测量，才有这种说法。现在瞬态光谱技术已经把测量的范围缩小到1ps (10-12s)以下，最快的脉冲光输出可短到8fs(1fs＝10-15s)。所以，荧光、磷光的时间界限已不清楚。但发光总是延迟于激发的。 7.5.2 发光材料的分类 发光材料按照激发能量方式的不同，可分为： (1) 光致发光材料，由紫外光、可见光以及红外光激发而发光，按照发光性能、应用范围的不同，又分为长余辉发光材料、灯用发光材料和多光子发光材料。 (2) 阴极射线发光材料，由电子束流激发而发光的材料，又称电子束激发发光材料。 (3) 电致发光材料，由电场激发而发光的材料，又称为场致发光材料。 (4) X射线发光材料，由X射线辐射而发光的材料。 (5) 化学发光材料，两种或两种以上的化学物质之间的化学反应而引起发光的材料。 (6) 放射性发光材料，用天然或人造放射性物质辐照而发光的材料。 7.5.3 电子束激发发光 1879年W. Crooks确定了发光特性决定于被电子束轰击的物质。1929年出现黑白电视接收机，1953年彩色电视问世，1964年成功地发明了以稀土元素的化合物为基质和以稀土离子掺杂的发光粉，从而成功地提高了发红光材料的亮度，这使它能够和三基色的蓝及绿色发光的亮度匹配，使彩色电视得到迅速推广。 1．阴极射线发光的基本规律 阴极射线发光是在真空中从阴极出来的电子经加速后轰击荧光屏所发出的光。所以发光区域只局限于电子所轰击的区域附近。又由于电子的能量在几千电子伏以上，所以除发光以外，还产生X射线。X射线对人体有害，因而在显示屏的玻璃中常添加一些重金属(如Pb)，以吸收在电子轰击下荧光屏所产生的X射线。 在可以连续激发的条件下，改变加速电压时，发光亮度也有相应的变化。由多种材料试验得到经验规律 J = J0 I (V–V0)n 其中，J为发光亮度，J0为常数，I为电流，V为加速电压，V0为起辉电压，加速电压要超过这个最小值才能引起发光。图7-8是发光亮度随加速电压的变化曲线。 图7-8 发光亮度随加速电压的变化曲线 但是，在高速电子的轰击下，发光屏的温度将要上升，而当温度上升到一定值后发光的亮度将下降，这种现象为温度淬灭。它和发光中心的结构密切有关。 在晶体中发光中心的电子态和它周围离子的数目、价态、方位及距离都有关系。但是由于晶格的振动，周围离子的方位及距离都在变化。随着晶格的振动，发光中心的电子态也将发生相应的变化。 使用阴极射线发光材料时，除了考虑它的亮度及影响亮度的几种因素外，还必须选择另外两个重要的特性，即发光颜色及衰减。对于必须保证特定颜色的彩色电子束管来说，则要牺牲一定的亮度。因为在能合成这一特定颜色的三基色中，第三种颜色要和其它两种颜色匹配，如果它发光不亮，其它两种颜色的发光亮度也就要压低使用。 在显示合成色时，如果它们的饱和特性和老化特性不同，也容易出现颜色漂移。在飞点扫描管中要求发光余辉特别短，雷达屏中则要求发光余辉特别长，这时可用的发光体的种类就很有限。在雷达管中常用双层屏，在电子束轰击下，第一层发出短余辉的蓝光，它再激发长余辉的第二层材料，发射黄光。 2．发光材料的类别 高能电子轰击发光体时产生高能电子及空穴，它们经过碰撞，又产生能量较低的电子及空穴。这个过程一直继续下去，直到电子的能量降到和发光体的禁带相匹配时为止，这些低能量的电子及空穴激发发光中心。国内生产的阴极射线发光材料的性能如表7-2所示。 表7-2 国产阴极射线发光材料 选定材料后，要把它粘附在玻壳上。这一步工序对材料的发光特性可以产生很大影响，以至发光粉与荧光屏的特性有明显的差别。投入使用前的特性称为一次特性，制成器件后的特性称为二次特性。二次特性包括：涂敷性能及色再现性。涂