材料的光學(xué)性能201401218

1、 顏色、反射、透過、吸收、折射、發(fā)光1、光是什么？2、材料有哪些光學(xué)性能？3、材料具有這些光學(xué)性能的本質(zhì)是什么？材料的光學(xué)性能光的現(xiàn)象光的微粒說（牛頓）光的波動(dòng)說（胡克，惠更斯）光的電磁說（麥克斯韋）光的波粒二象性（普朗克，愛因斯坦）光的直線傳播光的干涉光的衍射電磁波譜光譜 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)光的波粒二象性光的波粒二象性What is the light？Wave or Particle?Wave and Particle? Are relations P=hk and E=mc2 simultaneously compatible with principle of wave-part

2、icle duality? p=mcp=mc=E/c=hv/c=h/光子動(dòng)量悖論？光子動(dòng)量悖論？顏色有關(guān)的問題光色 波長(nm) 頻率(Hz) 中心波長 紅 760622 660 橙 622597 610 黃 597577 570 綠 577492 540 青 492470 480 蘭 470455 460 紫 455400 430 1414108 . 4109 . 31414100 . 5108 . 41414104 . 5100 . 51414101 . 6104 . 51414104 . 6101 . 61414106 . 6104 . 61414105 . 7106 . 6可見光七彩顏

3、色的波長和頻率范圍可見光七彩顏色的波長和頻率范圍人眼最為敏感的光是黃綠光，即人眼最為敏感的光是黃綠光，即555nm附近。附近。思 考 問 題物體是如何呈現(xiàn)不同顏色的？伸手不見五指的黑夜，你看見伸手不見五指的黑夜，你看見紅花紅花和和綠草綠草嗎？嗎？人類如何感知顏色？可見光之外的波段光子的能量如何測量？ 光通過固體的現(xiàn)象光通過固體的現(xiàn)象 折射（光速的變化）折射（光速的變化） 反射（能量的變化）反射（能量的變化） 吸收（能量的變化）吸收（能量的變化） 散射（能量的變化）散射（能量的變化） 透過（能量）透過（能量）反射定律和微觀機(jī)制折射，負(fù)折射材料的不透明與半透明性光的吸收過程與機(jī)理電磁波的分量之一是

4、迅速變化的電場分量；在可見光范圍內(nèi)，電場分量與傳播過程中遇到的每一個(gè)原子都發(fā)生相互作用引起電子極化，即造成電子云與原子核的電荷中心發(fā)生相對位移；所以，當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)，一部分能量被吸收，同時(shí)光速減小，后者導(dǎo)致折射。電磁波的吸收和發(fā)射包含電子從一種能態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種能態(tài)的過程；材料的原子吸收了光子的能量之后可將較低能級上的電子激發(fā)到較高能級上去，電子發(fā)生的能級變化E與電磁波頻率有關(guān)： E=h受激電子不可能無限長時(shí)間地保持.在激發(fā)狀態(tài)，經(jīng)過一個(gè)短時(shí)期后，它又會(huì)衰變回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出電磁波，即自發(fā)輻射。 原子的能級和晶體的能帶原子的能級和晶體的能帶光吸收J(rèn)(x)=J0(1-R)e-ax R 為反射系數(shù)，

5、a為吸收系數(shù) 光的吸收與光電轉(zhuǎn)換 導(dǎo)帶價(jià)帶能隙 （禁帶） 本征吸收本征吸收 固體中電子的能帶結(jié)構(gòu)，絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)如圖所示。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在一定寬度的能隙（禁帶），在能隙中不能存在電子的能級。這樣，在固體受到光輻射時(shí)，如果輻射光子的能量不足以使電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，那么晶體就不會(huì)激發(fā)，也不會(huì)發(fā)生對光的吸收。 例如，離子晶體的能隙寬度一般為幾個(gè)電子伏，相當(dāng)于紫外光的能量。因此，純凈的理想離子晶體對可見光以至紅外區(qū)的光輻射，都不會(huì)發(fā)生光吸收，都是透明的。堿金屬鹵化物晶體對電磁波透明的波長可以由25m到250nm，相當(dāng)于0.055eV的能量。當(dāng)有足夠強(qiáng)的輻射（如紫光）照射離子晶體時(shí)，價(jià)帶中

6、的電子就有可能被激發(fā)跨過能隙，進(jìn)入導(dǎo)帶，這樣就發(fā)生了光吸收。這種與電這種與電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷相關(guān)的光吸收，稱作本征吸收。子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷相關(guān)的光吸收，稱作本征吸收。例如，CaF2的基礎(chǔ)吸收帶在200nm(約6eV)附近，NaCl的基礎(chǔ)吸收約為8eV，Al2O3的基礎(chǔ)吸收約在9eV。導(dǎo)帶價(jià)帶能隙(禁帶）激子能級 激子吸收 除了基礎(chǔ)吸收以外，還有一類吸收，除了基礎(chǔ)吸收以外，還有一類吸收，其能量低于能隙寬度，它對應(yīng)于電子其能量低于能隙寬度，它對應(yīng)于電子由價(jià)帶向稍低于導(dǎo)帶底處的的能級的由價(jià)帶向稍低于導(dǎo)帶底處的的能級的躍遷有關(guān)。這些能級可以看作是一些躍遷有關(guān)。這些能級可以看作是一些電子電子-空穴

7、（或叫做激子，空穴（或叫做激子，excition）的激發(fā)能級。的激發(fā)能級。雜質(zhì)吸收雜質(zhì)吸收無機(jī)離子固體的禁帶寬度較大，一般為幾個(gè)電子伏特，相當(dāng)于紫外無機(jī)離子固體的禁帶寬度較大，一般為幾個(gè)電子伏特，相當(dāng)于紫外光區(qū)的能量。因此，當(dāng)可見光以至紅外光輻照晶體時(shí)，如此的能量不足以光區(qū)的能量。因此，當(dāng)可見光以至紅外光輻照晶體時(shí)，如此的能量不足以使其電子越過能隙，由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶。所以，晶體不會(huì)被激發(fā)，也不會(huì)使其電子越過能隙，由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶。所以，晶體不會(huì)被激發(fā)，也不會(huì)發(fā)生光的吸收，晶體都是透明的。而當(dāng)紫外光輻照晶體時(shí)，就會(huì)發(fā)生光的發(fā)生光的吸收，晶體都是透明的。而當(dāng)紫外光輻照晶體時(shí)，就會(huì)發(fā)生光的吸收，晶體

8、變得不透明。吸收，晶體變得不透明。 Al2O3 單晶紅寶石（Cr）藍(lán)寶石（Ti、Te）思考：紅寶石為什么是紅色？銅為什么呈紅色？銅離子呈藍(lán)色？鐵是銀白色？為什么用銅做鏡子？思考題太陽能電池的工作原理？ 材料的發(fā)光性能材料的發(fā)光性能光與熱相伴而行白熾燈絲白熾燈絲2000太陽表面太陽表面5800要靠輻射有效地產(chǎn)生可見光，物體的溫度必須足夠高！熱輻射決定于物體的溫度，是一種普遍存在的現(xiàn)象。Four stages in development of lighting applicationsFire Candles and Lamps Bulbs and Tubes SemiconductorsFir

9、e Candles and Lamps Bulbs and Tubes Semiconductors一、兩種發(fā)光類型：一、兩種發(fā)光類型：物體發(fā)射可見光有兩種形式：熱發(fā)光和冷發(fā)光。由于可燃物質(zhì)燃燒或物體溫度升高達(dá)到紅熱、白熱狀態(tài)時(shí)的發(fā)光，稱熱發(fā)光。熱發(fā)光在能量轉(zhuǎn)化中的熱耗大，發(fā)光效率低。物質(zhì)不是由于溫度升高而發(fā)射可見光，稱冷發(fā)光。冷發(fā)光由于熱耗小，發(fā)光效率較高。如熒火蟲發(fā)光,發(fā)光熱耗幾乎等于零.1 1）熱輻射的發(fā)光機(jī)制：）熱輻射的發(fā)光機(jī)制： 電燈、火焰、太陽等熱輻射體的發(fā)光是由于物質(zhì)在受到熱能作用時(shí)，原子中的電子吸收外來能量從低能級躍遷到高能級（即原子被激發(fā)）后從高能級自發(fā)地向低能級躍遷中放出能

10、量的過程。 電子從低能級向高能級躍遷的過程實(shí)際上是一個(gè)“受激吸收”過程。電子處在高能級的壽命很短（約108109秒），在沒有外界作用下，處于高能級的電子會(huì)自發(fā)地向低能級躍遷，這種躍遷過程所發(fā)出的輻射稱為自發(fā)輻射 。1、熱輻射體的發(fā)光、熱輻射體的發(fā)光藍(lán)寶石、紅寶石的顏色？2 2）熱輻射的發(fā)光特點(diǎn)：）熱輻射的發(fā)光特點(diǎn)：由于原子的自發(fā)輻射是一種隨機(jī)過程，各發(fā)光原子的發(fā)光過程彼此獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)，所以熱輻射各原子發(fā)出的光的方向是無規(guī)則的射向四面八方，且位相、偏振狀態(tài)也各不相同。由于激發(fā)能級有大的寬度，因此發(fā)射光的頻率不會(huì)是單一的，而有一定頻率范圍。光譜能量密度是波長與溫度的函數(shù)，或光譜輻射出射度是波長與

11、溫度的函數(shù)。（普朗克公式）發(fā)射率 （定義為輻射體的輻射出射度與同溫度下黑體的輻射出射度之比）與輻射體的組成及表面情況輻射體的組成及表面情況密切相關(guān)。 3）人工熱輻射源的輻射特性）人工熱輻射源的輻射特性 能斯特?zé)簦狠椛潴w是由氧化鋯、氧化釷和氧化釔粉末混合成型后在高溫下燒結(jié)而成的細(xì)棒狀燈絲。在1800K工作時(shí)，發(fā)射出15m附近的紅外光，發(fā)射率達(dá)0.75。 硅碳棒：工作在1300-1500K間，發(fā)射連續(xù)譜，最大值在8m附近。 白熾燈：一般以鎢絲為輻射體，工作溫度很高，發(fā)射短波長(0.2-1.6m)連續(xù)譜。 高壓短弧氙燈：發(fā)射短波長(0.2-1.8m)帶多個(gè)峰的連續(xù)譜。2. 冷光不需要提高物體的溫度，

12、是物體在某種外界條件的刺激下偏離熱平衡狀態(tài)時(shí)由激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷所產(chǎn)生的輻射。是一種非平衡輻射。光的發(fā)射是物體中電子從高能態(tài)到低能態(tài)的躍遷產(chǎn)生的，物體要發(fā)光，首先就得使物體中的電子處于高能態(tài)。以某種方式將能量傳遞給物體使電子提升到一定高能態(tài)的過程，稱為激發(fā)過程。發(fā)光就是將所吸收的激發(fā)能轉(zhuǎn)化為光輻射的過程。螢火蟲發(fā)光機(jī)理螢火蟲有專門的發(fā)光細(xì)胞，在發(fā)光細(xì)胞中有兩類化學(xué)物質(zhì)，螢火蟲有專門的發(fā)光細(xì)胞，在發(fā)光細(xì)胞中有兩類化學(xué)物質(zhì)，一類被稱作一類被稱作熒光素?zé)晒馑兀ㄔ谖灮鹣x中的稱為螢火蟲（在螢火蟲中的稱為螢火蟲熒光素?zé)晒馑兀?，），另一類被稱為另一類被稱為熒光素?zé)晒馑孛浮晒馑啬茉跓晒馑孛傅拇呋孪?。熒?/p>

13、素能在熒光素酶的催化下消耗耗ATP（三磷酸腺甘），并與氧氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)中產(chǎn)生（三磷酸腺甘），并與氧氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)中產(chǎn)生激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)的氧化熒光素，當(dāng)氧化熒光素從的氧化熒光素，當(dāng)氧化熒光素從激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)回到回到基態(tài)基態(tài)時(shí)時(shí)釋放出釋放出光子光子。反應(yīng)中釋放的能量幾乎全部以光的形式釋放，。反應(yīng)中釋放的能量幾乎全部以光的形式釋放，只有極少部分以熱的形式釋放，反應(yīng)效率為只有極少部分以熱的形式釋放，反應(yīng)效率為95%。分立中心發(fā)光復(fù)合發(fā)光發(fā)光材料的發(fā)光中心受激發(fā)時(shí)并未離化，發(fā)光過程全部局限在中心內(nèi)部。被激發(fā)的發(fā)光中心內(nèi)的電子雖然獲得了躍遷至激發(fā)態(tài)的能量，但并未離開中心，遲早會(huì)釋放出激發(fā)能，回到基態(tài)而發(fā)出光

14、來。這種發(fā)光是單分子過程，并不伴隨有光電導(dǎo)，故又稱為“非光電導(dǎo)型”發(fā)光。1. 分立中心發(fā)光自發(fā)發(fā)光：受激發(fā)的粒子（如電子），受粒子內(nèi)部電場作用從激發(fā)態(tài)A而回到基態(tài)G時(shí)的發(fā)光。受迫發(fā)光：受激發(fā)的電子只有在外界因素的影響下才發(fā)光。材料的發(fā)光機(jī)理2. 復(fù)合發(fā)光發(fā)光材料受激發(fā)時(shí)分離出一對帶異號(hào)電荷的粒子，一般為空穴和電子，這兩種粒子復(fù)合時(shí)便發(fā)光，稱為復(fù)合發(fā)光。由于離化的帶電粒子在發(fā)光材料中漂移或擴(kuò)散，從而構(gòu)成特征性光電導(dǎo)，故又稱為“光電導(dǎo)型”發(fā)光。短復(fù)合發(fā)光，單分子過程，10-10s長復(fù)合發(fā)光，雙分子過程材料的發(fā)光特征顏色特征 不同的發(fā)光材料有著不同的發(fā)光顏色。發(fā)光強(qiáng)度特征 發(fā)光強(qiáng)度代表發(fā)射光的能量，

15、是一個(gè)客觀數(shù)值；發(fā)光的亮度是人眼的感覺，是主觀判斷的結(jié)果，其中包含了眼睛對不同顏色視覺的差別。 發(fā)光效率用來表征材料的發(fā)光本領(lǐng)。 量子效率：發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù)的比值。 能量效率（功率效率）：發(fā)光的能量與激發(fā)源輸入的能量的比值。 流明效率（光度效率）：發(fā)光的流明數(shù)與激發(fā)源輸入的能量的比值（lm/W）。發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征規(guī)定當(dāng)激發(fā)停止時(shí)，其發(fā)光亮度L衰減到初始亮度L0的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間為余輝時(shí)間，簡稱余輝。人眼能夠感覺到余輝的長發(fā)光期間者為人眼能夠感覺到余輝的長發(fā)光期間者為磷光磷光；人眼感覺不到余輝的短發(fā)光期間者為人眼感覺不到余輝的短發(fā)光期間者為熒光熒光。熒光與磷光

16、無嚴(yán)格區(qū)別。熒光與磷光無嚴(yán)格區(qū)別。極短余輝：余輝時(shí)間1s的發(fā)光發(fā)光光譜發(fā)光光譜指發(fā)光強(qiáng)度隨波長或能量的分布曲線，是發(fā)光材料獨(dú)具的特征。（1）線譜（2）帶譜（3）Eu 銪發(fā)光材料分類光致發(fā)光材料光致發(fā)光材料電致發(fā)光材料電致發(fā)光材料射線致發(fā)光材料射線致發(fā)光材料熱致發(fā)光材料熱致發(fā)光材料等離子發(fā)光材料等離子發(fā)光材料發(fā)光材料在光（紫外光、紅外光、可見光等）照射下激發(fā)發(fā)光。發(fā)光材料在電場或電流作用下的激發(fā)發(fā)光。發(fā)光材料在電子束或其它射線束的轟擊下的激發(fā)發(fā)光。發(fā)光材料在熱作用下的激發(fā)發(fā)光。 可能的發(fā)光過程固體中可能的躍遷固體中可能的躍遷（1）帶間吸收；（21）帶間發(fā)射或自由激子發(fā)射（因有一定結(jié)合能，略Eg,

17、圖上未顯示）；（22）有一定聲子參與的光發(fā)射；（3）（5）與雜質(zhì)、缺陷有關(guān)的輻射復(fù)合；（6）分立中心內(nèi)部的發(fā)射；（7）無輻射（多聲子）弛豫；（8）俄歇Auger過程光致發(fā)光材料 2. 典型熒光和磷光材料 日光用熒光材料日光用熒光材料 日光燈是熒光材料的最重要應(yīng)用之一。激發(fā)源是汞放電產(chǎn)生的紫外光，日光燈是熒光材料的最重要應(yīng)用之一。激發(fā)源是汞放電產(chǎn)生的紫外光，熒光熒光材料吸材料吸收這種紫外光，發(fā)出收這種紫外光，發(fā)出“白色光白色光”。下圖為熒光燈的構(gòu)造示意圖，它由一個(gè)內(nèi)壁涂有。下圖為熒光燈的構(gòu)造示意圖，它由一個(gè)內(nèi)壁涂有熒熒光光體的玻璃管內(nèi)充有汞蒸氣和氬氣構(gòu)成。體的玻璃管內(nèi)充有汞蒸氣和氬氣構(gòu)成。 通電

18、后，汞原子受到燈絲發(fā)出電子的轟擊，被激發(fā)到較高能態(tài)。當(dāng)它返回到基態(tài)時(shí)通電后，汞原子受到燈絲發(fā)出電子的轟擊，被激發(fā)到較高能態(tài)。當(dāng)它返回到基態(tài)時(shí)便發(fā)出波長為便發(fā)出波長為254和和185nm的紫外光，涂在燈管內(nèi)壁的熒光體受到這種光輻照，就隨之的紫外光，涂在燈管內(nèi)壁的熒光體受到這種光輻照，就隨之發(fā)出白光。這里我們說的是低壓汞燈，還有高壓汞燈，但原理都一樣。發(fā)出白光。這里我們說的是低壓汞燈，還有高壓汞燈，但原理都一樣。Hg白光白光玻璃殼玻璃殼熒光粉料涂層熒光粉料涂層185nm254nm 日光燈的構(gòu)造示意圖日光燈的構(gòu)造示意圖 燈用熒光材料的組成 常用的基質(zhì)晶體有兩類：常用的基質(zhì)晶體有兩類： 離 子 鍵 的

19、 絕 緣 材 料 ， 例 如離 子 鍵 的 絕 緣 材 料 ， 例 如 C d2B2O5、 Z n2S i O4、3Ca(PO4)2Ca(Cl,F)2等。在這些材料中，相應(yīng)激活離子有一套不連等。在這些材料中，相應(yīng)激活離子有一套不連續(xù)的能級，并且它們受到基質(zhì)晶體環(huán)境定域的影響而有所修正。續(xù)的能級，并且它們受到基質(zhì)晶體環(huán)境定域的影響而有所修正。 共價(jià)性的半導(dǎo)體化合物共價(jià)性的半導(dǎo)體化合物ZnS等。對這類材料，基質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)會(huì)等。對這類材料，基質(zhì)的能帶結(jié)構(gòu)會(huì)由于加入激活劑離子伴隨的定域能級而有所改變。例如，分別摻雜由于加入激活劑離子伴隨的定域能級而有所改變。例如，分別摻雜Ag+、Sb3+和和Eu2+離

20、子的離子的ZnS磷光體由于激活劑不同，而產(chǎn)生特征磷光體由于激活劑不同，而產(chǎn)生特征的光譜和顏色，下圖是它們的發(fā)射光譜，對應(yīng)的電子躍遷如下：的光譜和顏色，下圖是它們的發(fā)射光譜，對應(yīng)的電子躍遷如下： 離子 基態(tài)能級 激發(fā)態(tài)能級Ag+ 4d10 4d95pSb3+ 4d105s2 4d105s5pEu2+ 4f7 4f65d在熒光燈中廣泛應(yīng)用的磷光體材料是雙重?fù)诫s了Sb3+和Eu2+的磷灰石。基質(zhì)Ca5(PO4)3F中摻入Sb3+發(fā)藍(lán)熒光，摻入Mn2+后發(fā)桔黃色光，兩者都摻入發(fā)出近似白色光。用氯離子部分取代氟磷灰石中氟離子，可以改變發(fā)射光譜的波長分布。這是由于基質(zhì)變化改變了激活劑離子的能級，也就改變了

21、其發(fā)射光譜波長。以這種方式小心控制組成比例，可以獲得較佳的熒光顏色。表給出了某些燈用磷光體。近年來發(fā)展了稀土“三基色”燈用熒光材料。表 某些燈用磷光體磷光體 激活劑 顏色Zn2SiO4 Mn 綠色Y2O3 Eu 紅色CaMg(SiO3)2 透輝石 Tl 藍(lán)色CaSiO3 硅灰石 Pb, Mn 黃桔色(Sr,Zn)(PO4)2 Sn 桔色Ca(PO4)2Ca(Cl,F)2 Sn,Mn “白色”3. 顯示用熒光材料顯示用熒光材料 u電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器等使用的熒光材料，就是陰極射線致電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器等使用的熒光材料，就是陰極射線致發(fā)光材料，是以電子束為激發(fā)源。發(fā)光材料，是以電子束為激發(fā)源。u顯

22、象管用熒光材料要求必須具有足夠高的發(fā)光亮度，一般不顯象管用熒光材料要求必須具有足夠高的發(fā)光亮度，一般不低于低于170 燭光燭光米米 -2；余輝時(shí)間要求足夠短，在電流密度為；余輝時(shí)間要求足夠短，在電流密度為0.2Acm-2情況下，激發(fā)停止后經(jīng)過情況下，激發(fā)停止后經(jīng)過40s，發(fā)光亮度對初始亮度的，發(fā)光亮度對初始亮度的比值為比值為0.60.8，可見發(fā)光效率足夠高；最后從工藝上還要求嚴(yán)格，可見發(fā)光效率足夠高；最后從工藝上還要求嚴(yán)格的顆粒度。的顆粒度。u這類材料又依黑白和彩色顯像管分為這類材料又依黑白和彩色顯像管分為“白色白色”發(fā)光材料和彩發(fā)光材料和彩色發(fā)光材料。色發(fā)光材料。3. 熱釋發(fā)光當(dāng)激發(fā)發(fā)光體后

23、，發(fā)光將逐漸衰減，直至發(fā)光消失。隨后，逐漸升高發(fā)光體的溫度，有的發(fā)光材料又會(huì)逐漸發(fā)光，并逐漸變強(qiáng)，在某一溫度時(shí)達(dá)到最大值后又逐漸變?nèi)?，這種變化隨著溫度的上升，可以重復(fù)幾次，直到高溫時(shí)發(fā)光才消失。在材料的禁帶中，存在著不同深度的陷阱。在激發(fā)過程中，有的電子就掉進(jìn)了這些深度不同的陷阱。陷阱中的電子回到導(dǎo)帶的幾率為：若溫度T大，則P大，即導(dǎo)帶中的電子數(shù)目增多，復(fù)合的次數(shù)增多，發(fā)光增強(qiáng)。陷阱中的電子數(shù)目是有限的，這些電子耗盡了，即使繼續(xù)升溫，也沒有可以參與復(fù)合的電子，因此不再發(fā)光。陷阱可有不同深度，使電子釋放出來所需的溫度就有高有低。EkTPe5）電致(場致)發(fā)光材料Electroluminescen

24、ce本征式場致發(fā)光注入式場致發(fā)光ITO：InSnO2，Indium Tin Oxide6) 等離子發(fā)光材料等離子體是高度電離化的多種粒子存在空間，其中帶電粒子有電子、正離子（或負(fù)離子），不帶電粒子有氣體原子、分子、受激原子、亞原子等。 火焰發(fā)光、等離子體輝光放電、閃電激光（激光（Laser）u 激光（Laser）是英文“Light amplification by stimulated emission of radiation”首寫字母的縮寫，意為受激輻射光放大，是一種單色性好,亮度高、相干性強(qiáng)、方向性好的相干光束。u 激光技術(shù)是20世紀(jì)60年代后發(fā)展起來的一門技術(shù)，它帶動(dòng)了傅里葉光學(xué)、全息

25、術(shù)、光學(xué)信息處理、光纖通信、非線性光學(xué)和激光光譜學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，形成了現(xiàn)代光學(xué)。1. 激光材料激光與普通光的根本區(qū)別：激光具有極高的光子簡并度 （處于同一量子態(tài)中的光子數(shù)）1017103 方向性好， 單色性好相干性好能量集中，亮度高，激光傳遞信息的容量大 高簡并度的強(qiáng)激光，其場強(qiáng)遠(yuǎn)大于 庫侖場強(qiáng)，引起新的物理效應(yīng) 普通光源普通光源-自發(fā)輻射自發(fā)輻射 激光光源激光光源-受激輻射受激輻射2 激光激光特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1） 方向性好方向性好 （發(fā)散角（發(fā)散角10 -4弧度）弧度）一束激光射到一束激光射到38萬萬km的月的月球上，光斑的直徑只有球上，光斑的直徑只有2km手電筒的光射到手電筒的光射到m處，

26、處，擴(kuò)展成很大的光斑。擴(kuò)展成很大的光斑。 利用激光準(zhǔn)直儀可使利用激光準(zhǔn)直儀可使長為長為2.5km的隧道掘進(jìn)偏的隧道掘進(jìn)偏差不超過差不超過16nm.2 2） 單色性好單色性好單色性最好的氪燈單色性最好的氪燈Kr86 =4.710-3 nm 穩(wěn)頻穩(wěn)頻HeNe激光器激光器 910 nm激光的單色性比普通光高激光的單色性比普通光高 倍倍. .10103 3） 能量集中能量集中脈沖瞬時(shí)功率大脈沖瞬時(shí)功率大（可達(dá)（可達(dá)10 14瓦）瓦）亮度極高亮度極高激光的顏色非常單純，而且只向著一個(gè)方向發(fā)光，亮度極高激光的顏色非常單純，而且只向著一個(gè)方向發(fā)光，亮度極高激光在屏上形成的小光斑，有極大的照度激光在屏上形成的

27、小光斑，有極大的照度 太陽表面的亮度比白熾燈大幾太陽表面的亮度比白熾燈大幾百倍。普通的激光器的輸出亮度，比百倍。普通的激光器的輸出亮度，比太陽表面的亮度大太陽表面的亮度大10億倍。激光是當(dāng)億倍。激光是當(dāng)今世界上高亮度的光源。今世界上高亮度的光源。激光的能量在空間上、在時(shí)間上高度集中激光的能量在空間上、在時(shí)間上高度集中光能量不僅在空間上高度集中，光能量不僅在空間上高度集中，同時(shí)在時(shí)間上也可高度集中，同時(shí)在時(shí)間上也可高度集中，因而可以在一瞬間產(chǎn)生出巨大因而可以在一瞬間產(chǎn)生出巨大的光熱。的光熱。在工業(yè)上，在工業(yè)上， 激光打孔、切割和焊接。醫(yī)學(xué)上激光打孔、切割和焊接。醫(yī)學(xué)上視網(wǎng)膜凝結(jié)和進(jìn)行外科手術(shù)。在測繪方面，視網(wǎng)膜凝結(jié)和進(jìn)行外科手術(shù)。在測繪方面，可以進(jìn)行地球到月球之間距離的測量和衛(wèi)星可以進(jìn)行地球到月球之間距離的測量和衛(wèi)星大地測量。在軍事領(lǐng)域，可以制成摧毀敵機(jī)大地測量。在軍事領(lǐng)域，可以制成摧毀敵機(jī)和導(dǎo)彈的激光武器和導(dǎo)彈的激光武器 4 4） 相干性好相干性好l空間相干性好，有的激光波面上各個(gè)點(diǎn)幾乎都是相干光源?？臻g相干性好，有的激光波面上各個(gè)點(diǎn)幾乎都是相干光源。l時(shí)間相干性好（時(shí)間相干性好（ 10 - 8埃），相干長度可達(dá)幾十公里。埃），相干長度可達(dá)幾十公