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光学材料的研究现状及应用

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发光材料已成为人们日常生活中不可缺少的材料,被广泛地用在各种显示、照

明和医疗等领域,如电视屏幕、电脑显示器、X射线透射仪等，显微镜、望远镜、经

纬仪、摄像机等各种光学仪器,核心部分都是由光学材料制造的光学零件。目前发

光材料主要是无机发光材料,从形态上分,有粉末状多晶、薄膜和单晶等。

一、引言

光充满着整个宇宙,各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光、紫外

光，以及X射线等。人类生活在光的世界里，白天靠日光，黑夜靠灯光，夜间还要

靠星光。要利用光，就要创造工具，就要有制造工具的材料—光学材料。

自然中存在一些天然光学材料：我国的夜明珠、发光壁；印度的蛇眼石、叙利

亚的孔雀暖玉等。这些材料具有奇异的发光现象，能在无光环境下放出各种色泽

的晶莹光辉。由于这些光学材料稀有，被视为人间珍宝，成为权力和财富的象

征。春秋战国时期，墨子就研究光的传播规律，出现了最古老的光学材料—青铜

反光镜。17世纪，瑞士人纪南熔制出光学玻璃，主要用于天文望远镜；随后，欧

洲出现了望远镜和三色棱镜，人造光学玻璃成为主要光学材料。20世纪初，以望

远镜、显微镜、光谱仪以及物理光学仪器四大类为主体，建立了光学工业。

光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和透射的方式，改变光

线的方向、强度和位相，使光线按预定要求和路径传输，也可吸收或透过一定波

长范围的光线而改变光线的光谱成分。

光学材料包括光纤材料、发光材料、红外材料、激光材料和光色材料等。

二、研究现状及主要应用领域

1.发光材料

发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光向外辐射的过程，是热辐射外另一

种能量辐射现象。光子是电子在受激高能态返回低能态时发出的,当发出光子能量

在1.8-3.1eV时，便是可见光。而材料发光所需能量可从较高能量的电磁辐射

（如紫外光）中得到，也可从高能电子或热能、机械能和化学能中得到。

发光材料是指吸收光照，然后转化为光的材料。发光材料的晶格要具有结构

缺陷或杂质缺陷，材料才具有发光性能。结构缺陷是晶格间的空位等晶格缺陷，由

其引起的发光称为自激活发光，所以制备发光材料采用合适的基质十分重要。如果

在基质材料中有选择地掺入微量杂质在晶格中形成杂质缺陷，由其引起的发光叫激

活发光，掺入的微量杂质一般都充当发光中心，称为激活剂。我们实际应用的发

光材料大多是激活型发光材料。

根据发光类型，可以把发光材料分为光致发光材料、阴极射线发光材料、电

致发光材料、X射线发光材料、发光二极管等。

1.1光致发光材料

发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射

出多余的能量的过程。用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。光致发

光材料一个主要的应用领域是照明光源，包括低压汞灯、高压汞灯、彩色荧光

灯、三基色灯和紫外灯等。其另一个重要的应用领域是等离子体显示。光致发光

粉是制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆的理想材料。光致发光材料

在安全方面上的应用是其最为普遍的。在安全方面，光致发光材料可用作安全出

口指示标记、撤离标记等。其次用光致发光材料制作精美产品，一些不属安全标

志的产品,T恤衫、宣传品、儿童玩具、小标签等可以利用光致发光材料进行装饰

印刷。

1.2阴极射线发光材料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。阴极射线发光是继发光二极管、无机电致发光、有机电致发光之后

的第四种发光形式。这是一类在阴极射线激发下能发光的材料。用电子束激发时，

其电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几万电子伏特，而光致发光时，紫外线

光子能量仅5-6eV甚至更低，而光致发光材料在电子束激发下都能发光，甚至有些

材料没有光致发光，但却有阴极射线发光。

阴极射线发光材料一般用于电子束管用荧光粉，它是发光材料中产量仅次于灯

用荧光粉的一种产量较