课件：材料物理性能.ppt

晶体的其他效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 外力作用下的双折射－光弹性效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 电光效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 旋光性 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 法拉第效应 《材料物理性能》——材料的光学性能 《材料物理性能》——材料的光学性能 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 根据发光中心与晶体点阵之间相互作用的强弱可分为两种情况： 发光中心基本上是孤立的它的发光光谱与自由离子相似； 发光中心受基质点阵电场（或晶体场）影响较大，其发光特性与自由离子不同必须把中心和基质作为一个整体来分析。 晶格场对发光离子的主要影响： （1）晶格场影响光谱结构 用于晶格场的扰动会引起中心离子简并能级分裂，导致发光谱线分裂。 （2）晶格场影响光谱的相对强度 改变了跃迁选择。 （3）晶格场影响发光寿命 改变了跃迁选择。 Eu3+离子 在不同基 质材料中的发射光谱 二、 复合发光 复合发光与分立中心发光最根本的区别在于，复合发光时电子的跃迁涉及固体的能带。由于电子被激发到导带时在价带上留下一个空穴，因此当导带的电子回到价带与空穴复合时，便以光的形式放出能量。复合发光的所发射光子的能量等于禁带宽度。通常采用半导体材料，以掺杂的方式提高 发光效率。 如果在P-N结上加正向电压，内电场势垒的高度降低，势垒区的宽度变窄。由于势垒减弱，电子就源源不断从N区流向P区，空穴反之，大量的电子和空穴相遇复合，并以光的形式释放能量。 5.8 材料的受激辐射和激光 20世纪60年代出现了激光； 辐射能量在空间和时间上高度集中，其亮度比太阳强1010倍； 用途：信息、医学、工业、能源和国防领域。 1917年爱因斯坦在研究“黑体辐射能量分布”问题时，提出-光与物质的相互作用除了光吸收、光发射着两个基本过程之外，还存在第三个基本过程----受激辐射。 问题：光与物理相作用的三种过程以及它们之间的关系？ 5.8.1 受激辐射 光与物质相互作用的三个基本过程：光的吸收、光发射、受激辐射 自发辐射过程 注：从高能E2向低能E1自发、独立地发射一个光子，除了能量（频率）受上式制约之外，其发射方向和偏振态都是随机和无规则的。 单位体积、单位时间发生自发辐射原子数： N2代表高能E2的原子密度； A21代表自发辐射跃迁概率-自发辐射系数。与原子的性质有关，与辐射场无关。负号表明自发辐射导致N2随时间减少。 自发辐射的光子数 如果原子处于低能级，当有能量满足hv=E2-E1的光子时，原子则可能吸收一个光子并跃迁到高能级E2。由于这个吸收过程只有存在适当频率的外来光子时才会发生，故称为“受激吸收”。 单位体积、单位时间发生受激吸收的原子数： 其中系数B12称为受激吸收系数， 辐射场的能量密度， 受激吸收几率。 吸收的结果导致高能级的原子数增加。 受激辐射的过程：当一个能量满足hv=E2-E1的光子趋近高能级E2的原子时，有可能入射的光子非但不被吸收，反而诱导高能级原子发射一个和自已性质完全相同的光子来。 特点： 受激辐射的光子和入射光子具有相同的频率、方向和偏振状态。 受激辐射是受激吸收的逆过程，它的发生使高能级的原子数减少。 单位体积、单位时间发生受激辐射的原子数： 其中系数B21称为受激辐射系数， 辐射场的能量密度， 受激辐射几率。 在热平衡的条件下，只有当辐射体发射的光子数（包括自发辐射和受激辐射）等于吸收的光子数时，才能保持辐射场能量密度不变。 受激辐射的意义 爱因斯坦的黑体辐射理论首次预言了受激辐射的存在，明确提出了光子和受激辐射概念，以更清晰的物理图像解释了黑体辐射的规律—近半个世纪后制造出了第一台激光器。 5.8.2 激活介质 1、受激辐射产生的光子数与受激吸收的光子数之比等于E2/E1能级上的粒子数之比； 2、怎样才能使受激辐射占主导地位呢？ 关键在于设法突破玻耳兹曼分布，使上能级的粒子数下能级的粒子数---称为“粒子数反转”。 3、热平衡下，光波通过物质体系时总是或多或少的被吸收，因而越来越弱；但是粒子数反转的体系相反。 4、激活介质：实现粒子数反转的介质，具有对光的放大作用。 光波通过介质时强度