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电子信息材料 -07——信息和光电材料 材料科学与工程学院：马永昌 第七章 信息和光电材料 激光器的输出水平不断提高： 中、小功率器件，高功率、高能量激光器； 脉冲体制从连续波、准连续波到各种短脉冲、超短脉冲的激光。 连续的高能激光单次输出能量已达百万焦耳以上； 超短脉冲：纳秒 皮秒 费秒 阿秒 脉冲功率密度则可高达1020瓦/cm2以上。 输出激光的频率覆盖着越来越广的范围： 长至亚毫米（太赫兹） 短至x射线 γ激光也在探索中。 激光应用的开创性表现在 ： 1. 激光光谱技术比传统的分辨率提高了百万倍，灵敏度提 高了百亿倍； 2. 激光为信息技术开拓了丰富的频率资源； 3. 激光技术开辟了崭新的军事应用 光物理的基础研究孕育了激光器的诞生 受激辐射 考虑一个2能级体系： 光子与处于低能级的粒子作用，低能级粒子吸收光子向高能级跃迁，光子数减少。称受激吸收。 光子与处于高能级的粒子作用，高能级粒子放出光子向低能级跃迁，能量降低；不仅没有被吸收还能够带出另一个与之完全相同无法区分的另一个光子。称受激辐射。 粒子数反转 激光材料 激光材料也就是激光工作物质，它具有适当的能级结构，可以实现粒子数反转，粒子数反转也就是粒子数反常分布。 对此种物质激励，使粒子从低能级跃迁至高能级的过程称为光泵，也称泵浦。通常的工作介质一般都是包含亚稳态的3能级或4能级结构的原子体系。（这个反常分布需要外界能量来维持） 从基质结构上看：激光晶体和激光玻璃。 四能级系统??? 在外界激励下，基态E1的粒子大量地跃迁到E4，然后迅速转移到E3。E3能级为亚稳态，寿命较长。E2能级（下能级）寿命较短，因而到达E2上的粒子会很快回到基态E1。所以在E3和E2之间可能实现粒子数反转。由于激光下能级不是基态，而是激发态E2，所以在室温下激光下能级的粒子数很少，因而E3和E2间的粒子数反转比三能级系统容易实现 (只要外界能量激励) 。 氦氖激光器、二氧化碳激光器、钕玻璃激光器以及YAG激光器都是四能级系统激光器。 激光晶体 基质晶体（提供晶格场）： 氟化物晶体，含氧金属酸化物晶体，金属氧化物晶体。 掺杂粒子（发光中心）： 过度族金属激活离子，二价、三价稀土激活离子，锕系激活离子。 性能要求：荧光线宽，荧光寿命，荧光量子效率，能态转换效率，激光带宽度，吸收系数，振荡波长，基质内部损耗，热光系数，理化性能，能级结构，材料长度。 典型激光晶体材料 红宝石激光器 基质材料：α-Al2O3 激活离子：Cr3+，典型的三能级系统 钕-钇铝石榴石激光晶体 基质材料：Y3Al5O12 激活离子：Nd3+，典型的四能级系统 激光晶体的发展 目前正在研究中被认为比较有前途的材料有以下几种：Nd3+：YAlO3， Nd3+：Ca3(PO4)3F，La2O2S，Nd3+：LiNbO3 从实际技术应用角度来说，可调谐激光器具有非常广泛的应用价值。 7.2 显示和发光材料 包括各种类型的液晶材料，以及应用于各种显示器的电致发光和阴极射线发光材料等。 三基色：R， G， B 显示是什么频段的显示？（一般指可见光） 直视显示 —〉平板显示 —〉 发光显示 —〉阴极射线管 有机显示 开辟新的应用. 发展大尺寸生产线技术, 发展大屏幕OLED:40吋 微显示 柔性屏 flexible display 固体照明(SSL):要求 高lm/w 高亮度 长寿命 低价格(制造成本+使用成本) 为何发展固体白光照明 美国照明市场:$12billin, 全球$40billin; 22%的电能用于照明;相当于100个大型电站,其价值是$55billin. Incandescent bulb:15lm/w; 荧光灯:70-100lm/w 迫切需要发展新的照明光源: 高效率(150-200lm/w,高亮度,高显现指数(80), 长寿命, 低价格($0.1lm)的光源. 流明：光通量的单位。发光强度为1坎德拉(cd)的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为“1流明”。英文缩写(lm)。 ? ?? ???所谓的流明简单来说，就是指一支蜡烛的烛光在一公尺以外的所显现出的亮度。一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光。40瓦的白炽灯220伏时，光通量为340流明。光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。 材料的发光 研究发光的意义 显示器件的性能 实质就是发光显示材料的性能。 1/ 亮度，cd/m2； 2/ 发光效率； 3/ 对比度：显示