第10章材料的光学性能.ppt

第第10章章　材料的光学性能　材料的光学性能(Optical properties of materials)10. 1 光与材料的作用光与材料的作用(Interaction between lights and materials)10. 1. 1 光的物理本质光的物理本质(Physical essence of lights)可见光：波可见光：波长处于人眼长处于人眼能够感知范能够感知范围的那部分围的那部分电磁波，波电磁波，波长范围很窄长范围很窄颜颜色色随随波波长长 改改 变变 白白光光是是各各色色光光的的混混合合 光光波波也也由由电电场场分分量量与与磁磁场场分分量量组组成成，，这这两两种种分分量量彼此垂直且都垂直于光的传播方向彼此垂直且都垂直于光的传播方向 电磁波在真空中的传播速度电磁波在真空中的传播速度c=3×108m/s，且有，且有其中其中 0和和 0分别为真空中的介分别为真空中的介电常数和磁导率电常数和磁导率 光在非真空介质中传播时光速光在非真空介质中传播时光速其中其中 和和 分别为介质的介电常数和磁导率，分别为介质的介电常数和磁导率， r和和 r分别为材料的相对介电常数和相对磁导率。

分别为材料的相对介电常数和相对磁导率考虑光的量子性，将光看成粒子，其能量量子即考虑光的量子性，将光看成粒子，其能量量子即为光子，光子的能量为光子，光子的能量其中其中 为频率，为频率， 为波长，为波长，h为普朗克常数为普朗克常数 10. 1. 2 光与材料作用的一般规律光与材料作用的一般规律(General rules of the interaction between lights and materials)(a)吸收；吸收；(b)散射；散射；(b)透射；透射；(b), (c), (d)反射入射到材料表面的光的能流率为入射到材料表面的光的能流率为 0W/m2，则有，则有  0= T+ A+ R+ S 其中其中 T、、 A、、 R、、 S分别是透射、吸收、反射、分别是透射、吸收、反射、散射的能流率散射的能流率用用 0除等式两边，则有除等式两边，则有 T+A+R+S=1 分别称为透射率、吸收率、反射率和散射率。

分别称为透射率、吸收率、反射率和散射率折射、反射、散射、吸收各有其微观机制折射、反射、散射、吸收各有其微观机制——光光与固体中的原子、离子、电子等的相互作用与固体中的原子、离子、电子等的相互作用第第一一：：引引起起材材料料中中的的电电子子极极化化——光光波波的的电电场场分分量量与与传传播播路路径径上上的的原原子子作作用用，，造造成成电电子子云云的的负负电电荷荷中中心心与与原原子子核核的的正正电电荷荷中中心心发发生生相相对对位位移移——光的部分能量被吸收，光速降低光的部分能量被吸收，光速降低——折射第二：引起材料中电第二：引起材料中电子能态的改变子能态的改变光光子子能能量量恰恰好好为为孤孤立立原原子子两两能能级级差差，，将将电电子子激激发发到到高高能能级级光光子消失子消失——吸收吸收这种吸收的条件为这种吸收的条件为  E=h ij 其中其中i、、j为原子中电子的两个能级，为原子中电子的两个能级， E=Ei-Ej为为这两个能级的能级差，这两个能级的能级差， ij为能量恰好为这一能级为能量恰好为这一能级差的光子的频率，差的光子的频率，h为普朗克常数。

为普朗克常数——只有能量为电子能级差的光子才能被吸收只有能量为电子能级差的光子才能被吸收——可被孤立原子吸收的光子是不多的可被孤立原子吸收的光子是不多的固体中固体中——能带准连续，不同能量（频率）的光能带准连续，不同能量（频率）的光子都有可能被吸收子都有可能被吸收吸收了光子的电子处于高能量的受激态吸收了光子的电子处于高能量的受激态——不稳不稳定定——又会按不同途径衰变返回基态，同时发射又会按不同途径衰变返回基态，同时发射不同波长（能量）的电磁波不同波长（能量）的电磁波受激电子又直接衰变回原能级受激电子又直接衰变回原能级——发射与入射光发射与入射光同样波长的光波同样波长的光波——反射反射10. 1. 3 金属材料对光的吸收和反射金属材料对光的吸收和反射(Absorption and reflection of metallic materials to lights) 金属对可见光一般不透明金属对可见光一般不透明——能带结构决定能带结构决定 费费米米能能级级以以上上有有许许多多空空能能级级——可可吸吸收收不不同同波波长长的的光光子子将将电电子子激发到空能级上激发到空能级上大大部部分分被被激激发发电电子子又又会会衰衰变变回回基基态态，，放放出出与与所所吸吸收收的的光光子子同同波波长的光子长的光子——反射光反射光 大大多多数数金金属属的的反反射射率率在在0.9～～0.95之之间间，，其其余余能能量量转换成其他形式的能量，如热量转换成其他形式的能量，如热量金属对不同波长的光的反射能力不同金属对不同波长的光的反射能力不同——反射光反射光的波长不同的波长不同——颜色不同颜色不同10. 1. 4 非金属材料对光的反应非金属材料对光的反应(Interfaction between non-metal materials and lights)光从真空进入材料时速度降低，光在真空中的速光从真空进入材料时速度降低，光在真空中的速度度c和材料中的速度和材料中的速度v之比即为材料的折射率之比即为材料的折射率 n=c/v 当光从材料当光从材料1中通过界面进入材料中通过界面进入材料2时，在材料时，在材料1中入射光与界面法线所成的角即入射角为中入射光与界面法线所成的角即入射角为i1，在，在材料材料2中折射光与界面法线所成的角即折射角为中折射光与界面法线所成的角即折射角为i21 1 非金属材料对光的折射非金属材料对光的折射 n21：称为材料：称为材料2相对于材料相对于材料1的相对折射率，的相对折射率，n1、、n2分别为材料分别为材料1、、2的折射率，的折射率，v1、、v2分别为材料分别为材料1、、2中的光速。

中的光速由材料中的光速与介电常数和磁导率的关系可得由材料中的光速与介电常数和磁导率的关系可得其中其中 r和和 r分别为材料的相对介电常数和相对磁分别为材料的相对介电常数和相对磁导率大多数非金属材料的磁性很弱，导率大多数非金属材料的磁性很弱， r 1，有，有由于由于 r>1，材料的折射率总是大于，材料的折射率总是大于1的大离子可以使原子的正负电荷中心产生较大的相大离子可以使原子的正负电荷中心产生较大的相对位移，对位移， r增大增大——可用大离子构成高折射率的可用大离子构成高折射率的材料，小离子构成低折射率的材料材料，小离子构成低折射率的材料 均均质质介介质质（（非非晶晶态态材材料料和和立立方方晶晶系系的的晶晶体体））：：对对光是各向同性的，只有一个折射率光是各向同性的，只有一个折射率非均质介质（非立方晶系的晶体）：光线入射到非均质介质（非立方晶系的晶体）：光线入射到该介质中会产生双折射现象，即出现两条振动方该介质中会产生双折射现象，即出现两条振动方向相互垂直、转播速度不等的折射线向相互垂直、转播速度不等的折射线双折射导致双折射率：平行于入射面的光线的折双折射导致双折射率：平行于入射面的光线的折射率为常数，与入射角无关，称为常光折射率射率为常数，与入射角无关，称为常光折射率n0，严格服从折射定律；另一条与之垂直的光线不，严格服从折射定律；另一条与之垂直的光线不严格遵守折射定律，所构成的折射率的大小随入严格遵守折射定律，所构成的折射率的大小随入射光方向变化，称为非常光折射率射光方向变化，称为非常光折射率ne。

双折射现象双折射现象例如对石英，例如对石英，n0和和ne分别为分别为1.543和和1.552；对方；对方解石，解石，n0和和ne分别为分别为1.658和和1.486一般沿晶体密堆方向一般沿晶体密堆方向ne较大光光线线从从一一种种透透明明介介质质进进入入另另一一种种折折射射率率不不同同的的介介质时，总有一部分光线在界面处被反射质时，总有一部分光线在界面处被反射光线垂直于或接近垂直于界面入射时，反射率光线垂直于或接近垂直于界面入射时，反射率2 2 非金属材料对光的反射非金属材料对光的反射 n1、、n2：两种介质的折射率两种介质的折射率如果是从真空或空气射入到某种材料，则有如果是从真空或空气射入到某种材料，则有n：该材料的折射率：该材料的折射率——折射率高则反射率高折射率高则反射率高 光光从从介介质质1进进入入介介质质2后后可可发发生生连连续续多多次次的的反反射射和和折折射射，，反反射射光光强强是是各各次次反反射射的的总总强强度度，，透透射射光光强强是是在在介介质质2中中反反复复传传播播过过程程中中吸吸收收和和散散射射损损失失以以及及反反射射以以外外的的光光的的总总强度 3 3 非金属材料对光的吸收非金属材料对光的吸收 吸收机理：电子极化，电子受激吸收光子跃迁吸收机理：电子极化，电子受激吸收光子跃迁——到禁带以上的能级或禁带中的杂质或缺陷能级到禁带以上的能级或禁带中的杂质或缺陷能级显然显然光子能量光子能量 E大于禁大于禁带宽度带宽度Eg——将电将电子从满价带激发到子从满价带激发到空导带上，并在价空导带上，并在价带留下一个空穴。

带留下一个空穴 c为为真真空空中中的的光光速速，， 和和 分分别别为为光光的的频率和波长频率和波长 可计算出可计算出Eg>3.1eV时波长最短的紫光（时波长最短的紫光（0.4 m））也不能将电子激发也不能将电子激发——不吸收可见光不吸收可见光——可能是可能是无色透明的无色透明的Eg <1.8eV时波长最大的红光（时波长最大的红光（0.7 m）也可将）也可将电子激发到空导带中电子激发到空导带中——吸收所有颜色的可见光，吸收所有颜色的可见光，不透明对于对于1.8eV

很大的吸收率吸吸收收光光子子后后受受激激发发的的电电子子处处于于高高能能态态，，会会以以不不同同的形式释放能量，衰变回满价带的形式释放能量，衰变回满价带电电子子经经中中间间能能级级返返回回满满价价带带，，发发射射出出两两个个低低频率光子频率光子直接返回满价直接返回满价带，与空穴结带，与空穴结合，发射出原合，发射出原频率的光子；频率的光子；电电子子经经中中间间能能级级返返回回满满价价带带，，发发射射出出一一个个低低频频率率光光子子和和一个声子一个声子——放热放热吸收系数吸收系数介介质质的的厚厚度度为为x，，光光射射入入介介质质时时的的强强度度为为I0，，经经吸吸收收后后的的射射出出介介质质的的强强度度为为I，，吸吸收收能能量量损损失失正正比比于光强度于光强度I和厚度和厚度x，则有，则有 -dI= Idx I=I0e- x  称为材料对光的吸收系数称为材料对光的吸收系数——吸收后的光强度吸收后的光强度随材料厚度增大呈指数衰减随材料厚度增大呈指数衰减——朗伯特定律朗伯特定律例：空气的例：空气的  10-5cm-1，玻璃的，玻璃的  10-2cm-1，金属，金属的的  104～～105cm-1——金属实际上不透明。

金属实际上不透明4 4 非金属材料对光的散射非金属材料对光的散射 介质中含有折射率不同的第二相粒子、晶界、气介质中含有折射率不同的第二相粒子、晶界、气孔、夹杂物等不均匀结构，使光偏离原来的折射孔、夹杂物等不均匀结构，使光偏离原来的折射方向，从而引起光的散射方向，从而引起光的散射经散射后的射出介质的光强度经散射后的射出介质的光强度 I=I0e-Sx其中其中I0为光射入介质时的强度；为光射入介质时的强度；x为介质的厚度；为介质的厚度；S称为材料对光的散射系数称为材料对光的散射系数一般通过透射率和反射率的测试间接测量吸收系一般通过透射率和反射率的测试间接测量吸收系数数 或散射系数或散射系数S二者引起的光强度的总衰减二者引起的光强度的总衰减 I=I0e-( +S)x ——Bouguer定律定律散射光的波长可能与入射光相同，也可能不同散射光的波长可能与入射光相同，也可能不同散射系数不仅与介质中的缺陷（如散射颗粒）的散射系数不仅与介质中的缺陷（如散射颗粒）的大小、分布、数量等有关，还与散射相和基体的大小、分布、数量等有关，还与散射相和基体的相对折射率有关部分散射强烈依赖于入射光的相对折射率有关。

部分散射强烈依赖于入射光的波长在某一粒子直在某一粒子直径下散射最大径下散射最大 散射系数最大时的质散射系数最大时的质点直径点直径 n：散射质点与玻璃：散射质点与玻璃基体的相对折射率，基体的相对折射率， 为入射光的波长为入射光的波长 当当散散射射质质点点直直径径d>波波长长 时时，，可可以以认认为为所所引引起起的的散射系数与散射质点的投影面积成正比，即散射系数与散射质点的投影面积成正比，即 S=KN R2N：单位体积内的散射质点数；：单位体积内的散射质点数；R：散射质点的：散射质点的平均半径；平均半径；K：基体与散射质点的相对折射率决：基体与散射质点的相对折射率决定的系数，当两者的折射率相近时为定的系数，当两者的折射率相近时为0假设散射质点的体积分数为假设散射质点的体积分数为V，则有，则有散射质点体积分数一定时，质点直径越大，散射散射质点体积分数一定时，质点直径越大，散射系数越小系数越小 5 5 非金属材料的透光性非金属材料的透光性反射、折射、散射、二次反射反射、折射、散射、二次反射强强 度度 为为 I0的的光光线线从从介介 质质 1（（假假设设为为空空气气或或真真空空））垂垂直直入入射射到到厚厚度度 为为 x的的材材料料（（介介质质2））中中，，射射出出，，至至少少有有四四次次能量损失能量损失第一次反射损失第一次反射损失R为反射率，为反射率，n为介质为介质2的折射率。

所以进入介质的折射率所以进入介质2的光强度为的光强度为I0(1-R)，经吸收和散射后其能量损失，经吸收和散射后其能量损失 E23=I0(1-R)[1-e-( +S)x] 其中其中 和和S分别为介质分别为介质2的吸收系数和散射系数的吸收系数和散射系数光线到达介质光线到达介质2的右表面的强度只有的右表面的强度只有I0(1-R)e-( +S)x二次放射的能量损失二次放射的能量损失 E4=I0R(1-R)e-( +S)x 传出介质传出介质2的透射光强度只有的透射光强度只有I=I0(1-R)2e-( +S)x此时的此时的I/I0才是近似的透射率才是近似的透射率——忽略了多次反忽略了多次反射后形成的透射光射后形成的透射光——略低于实际测得的透射率略低于实际测得的透射率影响透射率的因素影响透射率的因素吸收系数、散射系数和反射率都影响透射率吸收系数、散射系数和反射率都影响透射率非金属材料吸收系数较低，对透射率影响不大非金属材料吸收系数较低，对透射率影响不大其透射率的主要因素是散射系数其透射率的主要因素是散射系数宏观和微观缺陷，如第二相粒子、夹杂物、气孔、宏观和微观缺陷，如第二相粒子、夹杂物、气孔、孔洞等在相界面产生散射。

孔洞等在相界面产生散射气孔和孔洞气孔和孔洞与基体的相对折射率大，引起的散射与基体的相对折射率大，引起的散射损失大一般陶瓷材料的气孔直径大约为一般陶瓷材料的气孔直径大约为1 m，用特殊，用特殊的工艺消除大尺寸气孔，使气孔直径减小到的工艺消除大尺寸气孔，使气孔直径减小到 0.01 m的数量级，散射系数可降低三个数量级的数量级，散射系数可降低三个数量级以上，得到透明陶瓷以上，得到透明陶瓷多晶材料晶粒的取向差多晶材料晶粒的取向差 常光折射率常光折射率n0和非常光和非常光折射率折射率ne相差越大，散相差越大，散射越严重射越严重例如：例如： -Al2O3（刚玉），（刚玉），n0和和ne分别为分别为1.760和和1.768，计算出晶界反射率，计算出晶界反射率R=5.14×10-6——经过经过多次反射，晶界散射引起的损失也不大多次反射，晶界散射引起的损失也不大——可制可制成透光率很高的耐高温灯管成透光率很高的耐高温灯管金红石晶体，金红石晶体，n0和和ne分别为分别为2.854和和2.567，晶界，晶界反射率反射率R=2.8×10-3如果平均晶粒直径为如果平均晶粒直径为3 m，，厚度为厚度为3mm，可算出透过率只有，可算出透过率只有(1-R)1000=0.06——不透光。

不透光提高透光性：用高纯原料，既防止异相的生成增提高透光性：用高纯原料，既防止异相的生成增大散射，又防止杂质能级提高吸收率；掺杂微量大散射，又防止杂质能级提高吸收率；掺杂微量成分降低气孔率，并形成与主晶相折射率相近的成分降低气孔率，并形成与主晶相折射率相近的固溶体降低散射固溶体降低散射例：向例：向Al2O3中加少量中加少量MgO、、Y2O3、、La2O3等用热压、热煅、热等静压等工艺方法降低气孔率用热压、热煅、热等静压等工艺方法降低气孔率 降低透光性（不透明，乳浊态）：生成尺寸与入降低透光性（不透明，乳浊态）：生成尺寸与入射光波长相近、体积分数大、与基体折射率相差射光波长相近、体积分数大、与基体折射率相差大的颗粒大的颗粒例：向硅酸盐玻璃中加入例：向硅酸盐玻璃中加入TiO2、、SnO2、、ZrO2、、ZrSiO4等乳浊剂颗粒，加入气孔，加入等乳浊剂颗粒，加入气孔，加入NaF、、CaTiSiO5、、As2O5等乳浊剂在玻璃中结晶析出细等乳浊剂在玻璃中结晶析出细小颗粒小颗粒——搪瓷釉适当调整搪瓷釉适当调整——半透明陶瓷半透明陶瓷改变透射率的方法改变透射率的方法不不透透明明材材料料的的颜颜色色由由反反射射光光的的波波长长决决定定，，透透明明材材料的颜色由透射光波长决定。

料的颜色由透射光波长决定 6 6 非金属材料的颜色非金属材料的颜色 绿绿色色玻玻璃璃：：不不同同比比例例的的各各颜颜色色光光的的混混合合光光谱谱决决定定透透射射光光的的波波长长——绿色绿色蓝宝石：氧化铝单晶蓝宝石：氧化铝单晶红宝石：掺杂有少量红宝石：掺杂有少量Cr2O3的氧化铝单晶的氧化铝单晶对对各各波波长长的的光光的的透透射率相近，无色射率相近，无色禁禁带带中中引引入入Cr3+杂杂质质能能级级，，对对蓝蓝紫紫光光和和黄黄绿绿光光吸吸收收强强，，透透射射的的混混合光谱呈红色合光谱呈红色对对陶陶瓷瓷、、玻玻璃璃、、搪搪瓷瓷、、水水泥泥等等无无机机材材料料，，通通常常采采用分子着色剂和胶体着色剂改变其颜色用分子着色剂和胶体着色剂改变其颜色分子着色剂：分子着色剂：加入不同的离子在基体材料的禁带加入不同的离子在基体材料的禁带中形成杂质能级而选择性吸收某些波长的光中形成杂质能级而选择性吸收某些波长的光例：例：Co2+呈蓝紫色，呈蓝紫色，Cu2+呈蓝绿色，呈蓝绿色，Cr3+呈现鲜呈现鲜艳的紫色，艳的紫色，CrO42-呈黄色，呈黄色，MnO4-呈紫色改变颜色的方法改变颜色的方法胶体着色剂：胶体着色剂：胶体金、银、铜等金属着色剂（颜胶体金、银、铜等金属着色剂（颜色随粒径改变，如胶体金粒径小于色随粒径改变，如胶体金粒径小于20nm弱黄色，弱黄色，20～～50nm红色，红色，100～～150nm透射呈蓝色，反射透射呈蓝色，反射呈棕色）。

非金属胶体着色剂如硫硒化镉呈棕色）非金属胶体着色剂如硫硒化镉在不同温度和气氛下烧制陶瓷可能形成不同的氧在不同温度和气氛下烧制陶瓷可能形成不同的氧化物，改变颜色化物，改变颜色——“窑变窑变”，绚丽多彩，绚丽多彩10. 2 材料的发光和激光材料的发光和激光(Luminescence of materials and laser)10. 2. 1 发光和热辐射发光和热辐射 (Luminescence and heat radiation)发发光光：：激激发发态态电电子子衰衰变变回回低低能能级级同同时时发发出出可可见见光光的现象的现象激发原因：热激发，高能辐射如激发原因：热激发，高能辐射如X射线、紫外光射线、紫外光照射、电子轰击等，短波长的可见光照射、电子轰击等，短波长的可见光 热激发：温度升高从红外线到白炽光热激发：温度升高从红外线到白炽光——白炽灯，白炽灯，辐射式温度计辐射式温度计——普通物理普通物理这里讨论发射冷光，即在低温下发光这里讨论发射冷光，即在低温下发光——荧光灯、阴极射线管、荧光屏、荧光灯、阴极射线管、荧光屏、X光闪烁计光闪烁计数器、公路夜视路标、夜光仪表等数器、公路夜视路标、夜光仪表等。

不同应用场合需要不同的冷光余辉时间例如夜不同应用场合需要不同的冷光余辉时间例如夜视路标需要长余辉，而电视荧光屏的余辉时间过视路标需要长余辉，而电视荧光屏的余辉时间过长则会产生影像重叠长则会产生影像重叠冷冷光光分分为为荧荧光光和和磷磷光光：：延延迟迟时时间间短短于于10-8s的的称称为为荧光，长于荧光，长于10-8s的称为磷光的称为磷光 荧荧光光：：电电子子直直接接从从导导带带跳跳回回价价带带，，发发射射一一个光子个光子 磷磷光光：：电电子子从从导导带带跳跳回回被被杂杂质质能能级级Ed捕捕获获，，再再从从陷陷阱阱中中逸逸出出跳跳回回价价带带发发射射两两个个光光子子，，发发射射时时间延迟间延迟 10. 2. 2 激光的产生激光的产生(Initiation of laser)以红宝石激光器为例以红宝石激光器为例工工作作物物质质：：红红宝宝石石，，在在蓝蓝宝宝石石（（Al2O3单单晶晶））中中加加入入0.05%Cr3+离离子子的的产产物物Cr3+离离子子提提供供了了发发生布居反转（高能态电子多）所需的电子能态生布居反转（高能态电子多）所需的电子能态用氙气闪光灯（波长用氙气闪光灯（波长560nm）照射红宝石，激发）照射红宝石，激发Cr3+离子中基态的电子并形成粒子数反转。

离子中基态的电子并形成粒子数反转高能态电子返回基态的两种途径：高能态电子返回基态的两种途径：第一：从高能态直接返回基态，同时发射一个光第一：从高能态直接返回基态，同时发射一个光子子——自发辐射，产生的光不是激光自发辐射，产生的光不是激光第二：先衰变到亚稳态能级，停留第二：先衰变到亚稳态能级，停留3ns后返回基后返回基态并发射光子态并发射光子3ns是相对很长的时间，在亚稳是相对很长的时间，在亚稳态能级上聚集了很多电子，当有几个电子自发从态能级上聚集了很多电子，当有几个电子自发从亚稳态返回基态时，会带动许多电子以亚稳态返回基态时，会带动许多电子以“雪崩雪崩”的形式返回基态，发射出许多状态完全相同的光的形式返回基态，发射出许多状态完全相同的光子子基基本本平平行行于于红红宝宝石石柱柱轴轴向向传传播播的的光光子子一一部部分分穿穿过过部部分分反反射射镜镜，，一一部部分分被被两两个个反反射射镜镜来来回回反反射射，，在在红红宝宝石石中中来来回回传传播播，，激激发发出出更更多多状状态态完完全全相相同同的的光子——从基态到激发从基态到激发态经亚稳能级构成态经亚稳能级构成的三能级激光器的三能级激光器——相相干干光光越越来来越越强强——透透过过部部分分反反射射镜镜发发出出高高度度准准直直的的相相干干波波（（波波长长694.3nm的的单色激光）。

单色激光）10. 3 光学材料光学材料(Optical materials)10. 3. 1 发光材料发光材料(Luminescent materials) 发光材料指用来发出荧光或磷光的材料发光材料指用来发出荧光或磷光的材料例：灯罩涂特制的钨酸盐或硅酸盐例：灯罩涂特制的钨酸盐或硅酸盐——水银辉光水银辉光放电产生的紫外线激发出荧光放电产生的紫外线激发出荧光——荧光灯例：真空管中涂磷光体例：真空管中涂磷光体——一定扫描特性的电子一定扫描特性的电子束射到磷光体上形成图像束射到磷光体上形成图像——显示器、显象管显示器、显象管一般性能要求：高发光效率、希望的发光色彩、一般性能要求：高发光效率、希望的发光色彩、适当的余辉时间和与基体较强的结合力余辉时适当的余辉时间和与基体较强的结合力余辉时间：一般规定为激发去除后发光强度降低到初始间：一般规定为激发去除后发光强度降低到初始强度的强度的1/10所用的时间所用的时间荧荧光光材材料料：：主主要要是是具具有有共共轭轭键键（（ 电电子子））的的以以苯苯环为基的芳香族和杂环化合物；环为基的芳香族和杂环化合物；磷磷光光材材料料：：主主要要是是具具有有缺缺陷陷的的某某些些复复杂杂无无机机晶晶体体，，其其基基体体常常为为金金属属硫硫化化物物，，激激活活剂剂常常为为重重金金属属。

基基体与激活剂适当配合获得合适的磷光颜色体与激活剂适当配合获得合适的磷光颜色10. 3. 2 固体激光工作物质固体激光工作物质(Solid working-laser materials)包包括括人人工工晶晶体体和和玻玻璃璃，，其其中中加加入入激激活活离离子子，，以以提供亚稳态能级，一般为四能级激光器提供亚稳态能级，一般为四能级激光器Nd3+-Y3Al5O12(YAG)和和Nd3+-玻玻璃璃——四四能能级级激激光光器器谱谱线线宽宽其其典典型型的的玻玻璃璃基基质质是是硅硅酸酸盐盐、、磷磷酸盐和磷酸氟化物酸盐和磷酸氟化物以以晶晶体体中中的的一一种种组组分分为为激激活活离离子子——自自激激活活激激光光晶体晶体——激活浓度高，可制成高效、小型激光器激活浓度高，可制成高效、小型激光器半半导导体体激激光光工工作作物物质质：：体体积积小小、、效效率率高高、、运运行行简简单单、、成成本本低低，，但但单单色色性性差差——几几乎乎能能够够产产生生从从近近紫外到红外的全部波段的激光紫外到红外的全部波段的激光可可调调谐谐激激光光晶晶体体（（加加过过渡渡金金属属离离子子））：：激激光光波波长长在一定范围内可调谐。

在一定范围内可调谐优优质质大大尺尺寸寸钆钆镓镓石石榴榴石石Nd-Gd3Ga5O12(Nd-GGG)输输出出功功率率达达2～～3kW——6kW级级别别的的商商用用激激光光器器更高功率的军用，但还处于技术封锁阶段更高功率的军用，但还处于技术封锁阶段10. 3. 3 光导纤维光导纤维(Optical fibers)上上世世纪纪60年年代代激激光光发发现现1965年年，，提提出出：：用用石石英英基基玻玻璃璃纤纤维维进进行行长长距距离离信信息息传传递递，，将将带带来来一一场场通通讯讯事事业业的的革革命命，，并并提提出出当当玻玻璃璃纤纤维维损损耗耗率率下下降降到到20分贝分贝/公里时，光纤通讯即可成功公里时，光纤通讯即可成功 ——当时的光导纤维（光纤）损耗太大，技术上当时的光导纤维（光纤）损耗太大，技术上达不到实用水平达不到实用水平——90年代才实现了大规模的光年代才实现了大规模的光纤传输光纤的基本结构光纤的基本结构低折射率材料制成的包层低折射率材料制成的包层——包覆高折射率材料包覆高折射率材料制成的芯制成的芯——外加保护层（保护层一般用尼龙制外加保护层（保护层一般用尼龙制成，其折射率高于包层）。

成，其折射率高于包层）光缆无铜，偷也无用光缆无铜，偷也无用芯材料折射率芯材料折射率ng大于包层材料折射率大于包层材料折射率nc——光线光线从芯射入包层时的折射角大于入射角从芯射入包层时的折射角大于入射角——入射角入射角大于某一临界值时，折射角大于大于某一临界值时，折射角大于90 ——全反射全反射——光线始终在芯中经多次反射而传输，可以做光线始终在芯中经多次反射而传输，可以做到长距离传输后光的强度损失很小到长距离传输后光的强度损失很小 对对光光纤纤材材料料的的性性能能要要求求：：在在一一定定波波段段（（红红外外、、可可见见光光、、紫紫外外））透透明明性性好好，，有有足足够够的的力力学学性性能能，，如如抗抗拉拉、、抗抗弯弯等等性性能能，，对对光光的的吸吸收收率率低低，，信信号号的衰减损耗、失真小的衰减损耗、失真小光纤材料：玻璃光纤和塑料光纤两大类，玻璃光光纤材料：玻璃光纤和塑料光纤两大类，玻璃光纤又可分为石英质玻璃光纤和多组份玻璃光纤纤又可分为石英质玻璃光纤和多组份玻璃光纤石英光纤：损耗小、抗拉强度高、频带宽石英光纤：损耗小、抗拉强度高、频带宽多组份玻璃光纤多组份玻璃光纤——熔点低、易加工、易获得大熔点低、易加工、易获得大芯径和大折射率差值的光纤，但其损耗大。

芯径和大折射率差值的光纤，但其损耗大芯材料和包层材料要用不同的玻璃匹配芯材料和包层材料要用不同的玻璃匹配塑塑料料光光纤纤：：柔柔韧韧性性好好、、端端面面易易加加工工、、价价格格低低廉廉、、频频谱谱宽宽，，耐耐热热性性差差、、直直径径均均匀匀性性差差、、损损耗耗大大直直径大，用于几十米内的近距离传输径大，用于几十米内的近距离传输紫外线、红外线也可用特殊的光纤传输紫外线、红外线也可用特殊的光纤传输光光纤纤中中的的损损耗耗主主要要有有吸吸收收损损耗耗和和散散射射损损耗耗吸吸收收损耗又分为本征吸收和杂质吸收损耗又分为本征吸收和杂质吸收本征吸收：来自离子或原子的电子跃迁所致的光本征吸收：来自离子或原子的电子跃迁所致的光吸收和分子振动所致的红外吸收，由材料的物理吸收和分子振动所致的红外吸收，由材料的物理结构决定，不可克服；结构决定，不可克服；杂质吸收：来自杂质能级决定的选择性吸收通杂质吸收：来自杂质能级决定的选择性吸收通过提高纯度可降低杂质吸收过提高纯度可降低杂质吸收散射损耗：改善制备工艺可降低气泡、杂质颗粒、散射损耗：改善制备工艺可降低气泡、杂质颗粒、内应力等所引起的散射内应力等所引起的散射——经过人们的不懈努力，已经用经过人们的不懈努力，已经用1.55 m的波的波长在硅玻璃纤维中得到了低于长在硅玻璃纤维中得到了低于0.2dB/km（最低（最低0.16dB/km）的损耗。

的损耗理论预测可获得理论预测可获得0.01dB/km以下的损耗以下的损耗。