材物4章的光学案例.ppt

一、定义 材料以某种方式吸收能量之后，将其转化为光能即发射光子的过程，这就是光发射。 自然界中很多物质都可发光，但近代显示技术所用的发光材料主要是无机化合物，在固体材料中主要是采用禁带宽度较大的绝缘体，其次的半导体它们通常以多晶粉末、薄膜或单晶的形式被应用。 从应用的角度，主要关注材料的光学性能包括：发光颜色、发光强度及延续时间等。 一、发射光谱：发射光强 ? 发射光波长 指在一定的激发条件下发射光强按波长的分布。 其形状与材料的能量结构有关。 反映材料中从高能级始发的向下跃迁过程。 稀土离子发光： “4f?4f”电子组态间的跃迁 如Tb3+, Eu3+, Gd3+ +, Pr3+ …线谱，禁戒部分解除） “4f?5d”电子组态间的跃迁 如Ce3+带谱，允许跃迁 特点：及其丰富的能级，具有光谱的可调性。 二、 复合发光 1. 固体“导带电子—价带空穴”间的复合 2. “导带电子—受主A（空穴）”或“价带空穴—施主D（电子）”或“D—A”复合 3. 激子（“e—h”）或束缚激子的复合 全息照相 全息术（holography）是利用光的干涉和衍射原理，将携带物质信息的光波以干涉图的形式记录下来，并且在一定的条件下使其再现，形成原物体逼真的立体象。由于记录了物体的全部信息，包括振幅和相位因此称为全息术。 为了提高电子显微镜的分辨本领，伽伯（D.Gabor，1900—1979）在1948年提出了全息术原理，并开始了全息照相（holography）的早期研究工作。 那时的主要问题是再现的原始象与其共轭象不能分离，以及没有好的相干光源。 1960年出现了激光以后，1962年莱特（E.Leith）和乌帕特尼克斯（J.Upatnieks）在全息术中利用了激光，并提出了离轴全息术，使全息技术迅速发展成为科学技术的一个新领域。 激光记录和白光再现的全息术，例如反射全息、象全息、彩虹全息以及合成全息等，使全息术在显示方面展现出了它的优越性，并逐步深入到了社会的各个领域中。 而且，声全息术和微波全息术等也已经开始发展，但进展远不如光学全息术。 全息照片的获得——光的干涉 由激光器发出的激光束，通过分光镜分成两束。 一束称物光，它是经过透镜扩束后射向物体，再由物体反射后投向全息干版； 另一束光经反射镜反射和透镜扩束后直接照到全息干版上，称为参考光。 在干版上相遇后，发生干涉，形成干涉条纹。它是无数组干涉条纹的集合，最终形成一肉眼不能识别的全息图。 干涉条纹的间距： d = λ/2sin(θ/2) 全息照片的再现——光的衍射 感光以后的全息底片经显影、定影等处理得到的全息照片上，记录了无数干涉条纹，相当于一个“衍射光栅”， 一般是用相同于拍摄时的激光作为照明光，照明光经全息照片（即“光栅”）便发生衍射，得到一列沿照射方向传播的零级衍射光波和二列一级衍射波。 傅立叶光学 光学信息处理 20世纪30年代以来，光学与电通讯和电信息理论相互结合，逐渐形成了傅立叶光学。 傅立叶光学的数学基础是傅立叶变换，它的物理基础是光的衍射理论。 阿贝成象原理：1873年，阿贝（E.Abbe，1840—1905）在显微镜成象原理的论述中，首次提出了空间频率和空间频谱以及两次衍射成象的概念，并用傅立叶变换来阐明显微镜成象的物理机制。1906年，波特（A.B.Porter）以一系列实验证实了阿贝成象原理。 * * 4.7 材料的光发射 4.7 材料的光发射 平衡辐射和非平衡辐射 1. 平衡辐射 只与辐射体的温度和发射本领有关，如白炽灯的发光。 2. 非平衡辐射 在外界激发下物体偏离了原来的热平衡，继而发出的辐射。 4.7 材料的光发射 光源 能够发光的物体称为光源 ? = (E2-E1) / h E1 E2 ? 原子光波列 (wave train) ? 一般光源的发光特点： 1 间歇性； 2 随机性。 （1）热辐射 （2）电致发光 （3）光致发光 （4）化学发光 自发 辐射 （5）同步辐射光源 （6）激光光源 受激 辐射 激发态原子或分子的自发辐射 ? = (E2-E1) / h E1 E2 激发态原子或分子的受激辐射 4.7 材料的光发射4.7.1 激励方式 材料发光前可以有多种方式向其注入能量 4.7 材料的光发射 4.7.1 激励方式 一、光激励（光致发光） 通过光的辐照将材料中的电子激发到高能态从而导致发光。 激励光源可以采用光频波段、x-射线波段、γ-射线波段。 如荧光灯：通过紫外线激发涂布于灯管内壁的荧光粉而发光。 4.7 材料的光发射 4.7.1 激励方式 二、阴极射线发光 利用高能量的电子来轰击材料，通过电子在材料内部的多次散