第108页 7 光功能材料

108 传统的光学材料主要是光介质材料，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，使光线按照预定的要求传输，也可以吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。近代光学，特别是激光的出现，使光功能材料得到了发展，这种材料在外场，力声热电磁和光，的作用下，其光学性质发生变化，因此，可作为探测和能量转换的材料，成为光材料的一个新领域。光功能材料是指在外场作用下，如力热声电磁光，材料的光学性质发生改变，用于探测功能转换等方面的材料。按其功能可分为，激光材料，红外材料，发光材料，光色材料，光纤材料，光存储材料和非线性材料。激光，laser, light amplification by stimulated emission of radiation,经受辐射引起的光的放大。假如电子处于高能态，然后跃迁到低能态，则它以辐射形式发出能量。可以有两种途径，一是电子无规则地转变为低能态，称为自发辐射。二是一个具有能量等于两能级间能量差的光子与处于高能态的电子作用，使电子转到低能态，同是产生第二个光子，这一过程称为受激发射，即用一个光子去激发位于高能级的电子使之放出光子，受激发射产生的光就是激光。受激发射，可以发出波长相同的纯单色光，其相同波长单色光具有相干性，即时间相干和空间相干，所以激光有强大的能量密度。能产生激光的物质为激光工作物质，即激光材料，分为玻璃和晶体两种。晶体又分为氧化物，复合氧化物，氟化物，阳离子络合物和复合氟化物。良好的物理化学性能，即要求热膨胀系数小，弹性模量大，热导率高，光照稳定性和化学稳定性发好。
111半导体激光材料：半导体器件p-n结二极管，在电流正向流动时会引起激光振荡。在普通电路用二极管中，即使有电流流动也不会产生激光振荡，引起激光振荡的第一个条件是，利用电流注入的少数载流子复合时放出能量必须以高效率变换为光，在进行复合的区域，p-n结附近，称为活性区，必须是具有直接迁移型能带结构的材料。Si,Ce,不行，以GaAs为代表的许多IIIA-VA族化合物，由于有直接迁移型能带结构，可作为激光材料，大部分IIA-VIA族半导体材料也可。半导体激光器的第二个条件是，在引起反转分布时要注入足够浓度的载流子，某阈值以下的电流，在普通的发光二极管中会引起注入发光，但不会发生激光。第三个条件是有谐振器，空腔。
112 发光是一种物体把吸收的能量不经过热的阶段，直接转换为特征辐射的现象。发光材料指吸收光照，然后转化为光的材料，根据发光颜色可分为绿光材料，红光材料，高亮光材料。发光原理，高能电子轰击发光体时产生高能电子及空穴，它们经过碰撞，又产生能量较低的电子及空穴。这一过程一直继续下去，直到电子的能量降到和发光体的禁带相匹配时为止，这些低能量的电子及空穴激发发光中心。光照时，材料中的缺陷成为发光中心，激发导带电子，主能级电子向低能级跃迁，放出光子，产生了光。材料的发光光谱可分为，宽带，半宽度100nm,CaWO4 窄带，半宽度50nm, Sr(PO4)3Cl, Eu3+, 线谱，半宽度，0.1nm, GdVO4: Eu3+. 非线性效应，双光子或多光子效应，易引起转换，如将红外转换为可见光。发光效率有三种表示量子效率，能量效率及光度效率。发光持续时间，最初发光分为，荧光和磷光，荧光是指在激发时发出的光，磷光是在激发停止后发出的光。发光时间小10-8s荧光，大于10-8s为磷光。红外线同可见光一样都是电磁波，波长范围0.7-1000rm，按波长分为三个光谱区，近红外0.7-15rm, 中红外15-50rm,和远红外50-1000rm.
134 在一定条件下，对材料通以电流时，材料失去电阻的性能，也叫零电阻特性，称之为材料的超导电性，具有超导电性的材料叫超导材料。超导电性是一种材料宏观尺寸表现出的量子效应，其机理为当材料在一定磁场中，达到某一温度时，材料产生超流电子，它们的运动是无阻的，超导体内部的电流全部来自超流子的贡献，它们对正常电子起到短路的作用，正常电子不载荷电流，所以样品内不存在电场，使材料没有电阻效应，宏观上没有电阻。在经典力学中，如果两个空间区域被一个势垒所隔开，则只有粒子具有足够的能量穿过这个势垒时，它才会从一个空间进入另一个空间区域中去。而在量子力学中，即使粒子没有足够的能量，它也可能会以一定的几率穿过势垒，这就是隧道效应。