南开大学奇妙的材料世界 第九讲-第七章 光学材料.ppt

作业： 3、什么叫剩余磁感应强度、矫顽力？ 剩余磁感应强度：磁体被磁化至最大磁感应强度再去掉外磁场后所保留的磁感应强度称为剩余磁感应强度。 矫顽力：使磁体中的剩余磁感应强度降为零所需要的外加反向磁场强度叫做矫顽力。 第七章 光学材料 材料的光性质，从本质上讲，就是材料和电磁波的相互作用。包括： 材料对光的反射和吸收； 材料在光作用下的发光； 光在材料中的传播和作用； 作用又包括：光电作用、光磁作用等。 基于这些性质，可以开发出各种光学功能材料，如发光材料、光导纤维、激光材料、光电材料等。 内容： 1、光学材料的应用举例 2、材料的光学特性 3、光学性能的本质 (1) 光速、折射率与ε及μ的关系 (2) 光吸收的本质 4、光学材料分类 (1)发光材料 (2)光导纤维 (3)光存储材料 (4) 激光材料 7.1 光学材料的神奇作用 1、光导纤维 (1)光纤通讯—信息高速公路 0.1mm直径光缆：同时能传送100亿路电话，100万路高质量的电视节目，且不受电磁干扰，信息损失也极小。 0．65毫米的铜线仅能同时提供24路电话。 (2)医用内窥镜 光导纤维可以用于食道、胃等深部探查内窥镜（胃镜、血管镜等）； 外科手术激光刀由光导纤维将激光传递至手术部位，不必开刀直接切除癌瘤组织 。 (3)照明和光能传送 实现一个光源多点照明，光缆照明，可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明。 2、激光材料 二十世纪最大的发明之一。 (1)激光加工: 宝石打孔；切割； (2)激光测距：从地球到月球；从地面到云层或飞机；飞机、大炮、坦克，甚至步枪都装上了激光测距仪 。 (3) 激光通讯：与光导纤维同时使用。 激光手术、激光育种、激光准直、激光致导、激光影碟等 3、光存储材料 掺铁铌酸锂晶体（Fe：LiNbO3） 12cm的标准光盘，普通已达4GB，最高已达到 100GB。 4、发光材料 当外界以任一形式的能量将电子由价带激发至导带后,该电子又返回到价带时发出的光子频率在可见光范围内的材料。 荧光材料：日光灯、高压水银灯等 磷光材料：电视屏幕、显像管等 7.2 材料的光学性质 光是一种电磁波，各种电磁波的能量、波长见图 可见光波长：0.4~0.7um, 光子能量：0.8~4eV 1、光的吸收、反射、透过 材料的光学性能是指材料对电磁波辐射、特别是对可见光的反应，主要是用材料对电磁波的吸收，反射和透射特性来衡量。 玻璃： 一束强度为 I0的光入射时，透射光IT、反射光IR 、吸收光IA。 2、折射率 当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低，且传播方向发生变化，即发生了折射。 用光在真空中传播速度与在材料中传播速度之比来表征材料的折射能力，称之为折射率n ： 当光从材料1, 通过界面传入材料2, 与界面法向形成入射角 和折射角 , 与 间关系与两种材料的折射率有关。 3、色散 折射率还与入射光的频率有关，随频率的减小（或波长的增加）而减小，这种性质称为折射率的色散。利用这种性质可以将各种频率的光混合组成的白光通过三棱镜分解为单色光。 由于外加电场、磁场、应力的作用，而使折射率变化的现象，称为电光效应、磁光效应和光弹性。 4、全反射 当光从折射率n1大的物质中入射进入折射率n2小的物质中： 5、荧光性 物质在吸收电能或光能后，通过电子跃迁，再释放出光的现象。 许多稀土化合物本身就是荧光体。一般材料需要激活剂引发荧光性，如银激活ZnS荧光体可写为ZnS：Ag。 7.3 光学性能的本质 固体材料光学性能的本质涉及电磁波与材料中原子、离子或电子的相互作用，其中最重要的二点是电子极化和电子的能量转换。 复习： 极化机制 介电材料的电学性质是由于极化引起的。 四种类型： 1、电子极化-可见光频率范围内 2、离子极化-对红外光频率范围 3、偶极子极化-无线电频率范围 4、空间电荷极化-低电工频率下 电子极化：在电场作用下，电子相对于原子核发生偏移．使原子的正负电荷中心不相重合，形成偶极子 1、光速、折射率与介电常数及导磁率 由于电子极化影响介电常数，而光在介质中传播的速度 与介电常数ε 有关 介电常数： 电介质引起电容值增加的比例，称为相对介电常数ε，也叫电容率。 反射率与折射率： 2、光吸收的本质 1、金属 金属吸收可见光的全部光子 ； 2、非金属 光吸收机制有二种： 一种是电子跃迁跨越禁带 第二种是电子跃迁到禁带中的杂质能级 杂质能级都在禁带（如何理解？） （1）像