【正文】 激子也稱為莫特 萬尼爾激子。即在紅外區(qū)的吸收峰是因?yàn)殡x子的彈性振動(dòng)與光子輻射發(fā)生諧振消耗能量所致 。 這是因?yàn)椴ㄩL愈短 ， 光子能量越來越大 。 Eg越小 ，吸收的光的波長愈長 ， 呈現(xiàn)的顏色愈深；反之 ， 能級差 Eg愈大 ，吸收光的波長愈短 ， 則呈現(xiàn)的顏色愈淺 。 選取其中一薄層 ， 并認(rèn)為光通過此薄層的吸收損失 –dI， 它正比于在此處的光強(qiáng)度和薄層的厚度 dx， 即 : 15 dI =?aIdx , ()式表明 ， 光強(qiáng)度隨厚度的變化符合指數(shù)衰減規(guī)律 。 ① 減少反射損失的實(shí)例 由于陶瓷 、 玻璃等材料的折射率較空氣的大 ， 所以反射損失嚴(yán)重 。 或： m=被反射的光強(qiáng)度 /入射光強(qiáng)度 =L/I0 2） 反射系數(shù)與折射率的關(guān)系 根據(jù)波動(dòng)理論 W∝ A2vS () 式中 ， A為入射波的振幅 ， v為入射波的傳播速度 ， S為界面面積 。 例如含Pb090％ (體積 )的鉛玻璃 n=。 特性：不論入射光的入射角如何變化 ， n0始終為一常數(shù) ， 因而常光折射率嚴(yán)格服從折射定律 。 （ 2） 相對折射率 材料相對于空氣的折射率稱為相對折射率： n′=va/v材料 （ 3） 絕對折射率與相對折射率的關(guān)系 ∵ n= c/v材料 則 v材料 = c/ n 又 ∵ 空氣的絕對折射率為： na= c/va ， 則 va= c/ na ∴ 因此， n=na 光子還具有分立的動(dòng)量： ?hP ?hv?? 、反射、吸收和散射特性 ． 折射率 1） 定義 光是具有一定波長的電磁波 ， 光的折射可理解為光在介質(zhì)中傳播速度的降低而產(chǎn)生的 （ 以真空中的光速為基礎(chǔ) ） 。 3 21211221vvnnnis inis in ?????? cv() () 根據(jù) (5． 1)式和 (5． 3)式可得 : 由于在無機(jī)材料這樣的電介質(zhì)中 ， μ=1， ε≠l ∴ （ ） （ 2） 極化率與離子半徑的關(guān)系 當(dāng)光通過材料時(shí) ， 必然引起內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的極化 （ 變形 ） ， 在可見光范圍內(nèi) ， 這種變化表現(xiàn)為離子或核外電子云的變形 ， 而且 ，隨著光波電場的交變 ， 電子云也反復(fù)來回變形 。 5 3） 同質(zhì)異構(gòu)體 一般情況下 ， 同質(zhì)異構(gòu)材料的高溫晶型原子的密堆積程度低 ，因此折射率較低；低溫晶型原子的密堆積程度高 ， 因此折射率較高 。 測定材料中內(nèi)應(yīng)力的大小，常采用測定雙折射的光程差的大小。 12 ?????????????)ri(tg)ri(tg)ri(s i n)ri(s i n21WW2222 () 222222221ri1ri)ri()ri()ri(tg)ri(tg)ri(si n)ri(si n???????????????????????rs inis inn21 ?m)1n 1n(WW 22121 ????? （ ） 2． 透射系數(shù) 根據(jù)能量守恒定律 （ 光在界面上的現(xiàn)象 ） ， W=W′+W″ () (1－ m)稱為透射系數(shù) 。 ② 增加反射損失的實(shí)例 為了調(diào)節(jié)玻璃的 n， 常在玻璃表面涂以一定厚度的和玻璃 n不同的透明薄膜 ， 使玻璃表面的 m增加或減少 。 αa取決于材料的性質(zhì)和光的波長 。 從圖中可見 ， 在電磁波譜的可見光區(qū) ， 金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都是很大的 。s。 Mc和 Ma分別為陽離子和陰離子質(zhì)量。 離子晶體和分子晶體的電子和空穴只是局域在原子周圍，所以被稱為強(qiáng)束縛激子或弗倫克爾激子 （ 2）本征吸收 能量小于禁帶寬度 Eg的光子沒有本征吸收；當(dāng)光子能量達(dá)到 Eg時(shí)，本征吸收開始，稱為本征吸收邊。散射結(jié)果只是把光子彈射到不同的方向上去，并沒有改變光子的能量。 按照瑞利，微小粒子（ d?）對長波的散射不如短波有效。 拉曼散射： 光通過材料時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射，又稱 拉曼效應(yīng) 。當(dāng)然向下躍遷未必都發(fā)光，也可能存在把激發(fā)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿臒o輻射躍遷過程 、激勵(lì)方式 如前所述，當(dāng)某種物質(zhì)受到諸如光的照射、外加電場或電子束的轟擊等激發(fā)后，只要該物質(zhì)不會因此而發(fā)生化學(xué)變化，它總要回復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。本征型電致發(fā)光，注入式電致發(fā)光 （ 3） 陰極射線致發(fā)光 ：發(fā)光物質(zhì)在電子束的激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光 （ 4） x射線及高能粒子發(fā)光 :在 X射線、 ?射線， ?粒子和 ?粒子等高能粒子激發(fā)下，發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)光 （ 5） 化學(xué)發(fā)光 ：由化學(xué)反應(yīng)過程中釋放出來的能量激發(fā)發(fā)光物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)光 （ 6） 生物發(fā)光 ：在生物體內(nèi)，由于生命過程的變化，其相應(yīng)的生化反應(yīng)釋放的能量激發(fā)發(fā)光物質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)光 、材料發(fā)光的基本性質(zhì) 發(fā)光材料除了要有合適的基質(zhì)為主體外，還要選擇摻入微量雜質(zhì)作為激活劑，這些微量雜質(zhì)一般被用來充當(dāng)發(fā)光中心，有些也被用來改變發(fā)光體的導(dǎo)電類型。就這一點(diǎn)而言，激發(fā)光譜與吸收光譜有類似之處。在應(yīng)用中往往規(guī)定，從激發(fā)停止時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度 I0衰減到 I0/10的時(shí)間稱為余輝時(shí)間，根據(jù)余輝時(shí)間的長短可以把發(fā)光材料分為： 超短余輝（ 1?s)，短余輝 (110?s)，中短余輝（ 1021ms),中余輝（ 1100ms），長余輝（ ），超長余輝（ 1s)六個(gè)范圍。2） 發(fā)光中心受基質(zhì)點(diǎn)陣電場（或稱晶格場）的影響很大 。 1959年 ， 湯斯提出制造紅寶石激光器的建議 1960年，加州休斯實(shí)驗(yàn)室的梅曼制成了第一臺紅寶石激光器 1964年，湯斯、巴索夫和普羅霍羅夫分享諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 1961年 8月，我國第一臺紅寶石激光器在長春光機(jī)所研制成功 1987年 6月，大功率脈沖激光系統(tǒng) 神光裝置，在上海光（學(xué)精密）機(jī)（械研究）所研制成功 1. 自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收 當(dāng)光與物質(zhì)的相互作用時(shí) , 原子的能級發(fā)生改變 : ? 原子可以從高能級躍遷到低能級 , 釋放出能量 . ? 原子可以吸收光子從低能級躍遷到高能級 . 若以輻射電磁波的形式釋放能量 —輻射躍遷 若釋放的能量轉(zhuǎn)化為體系的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 —無輻射躍遷 （ 二）、激光原理 1900年 ,普朗克用輻射量子化假設(shè)成功地解釋了黑體輻射規(guī)律 ,1913年 ,玻爾提出原子中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量子化假設(shè) , 愛因斯坦在此基礎(chǔ)上 , 研究了關(guān)于光與物質(zhì)相互作用的問題 ,他明確指出 ,只有自發(fā)輻射和光吸收兩過程 ,是不足以 解釋普朗克黑體輻射公式的 ,必需引入受激吸收過程的逆過程 ——受激發(fā)射 。 10860112 ????? ????5. 10ee12kTEENN粒子數(shù)的正常分布 1E2E. . . . . 。 。要想使受激輻射占優(yōu)勢 ， 必須使處在高能級 E2的粒子數(shù)大于處在低能級 E1的粒子數(shù) 。 E2與 E1 之間實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 1）．激光在工作物質(zhì)內(nèi)傳播時(shí)的凈增益 設(shè) ｘ ＝ 0處，光強(qiáng)為 I0 ｘ ： I ｘ +dx ： I + d I 有 d I ? Idx 寫成等式 d I = G I dx 定義：增益系數(shù) G (gain coefficient) 激光形成階段：增益 ＞ 損耗 激光穩(wěn)定階段：增益 ＝ 損耗 即單位長度上光強(qiáng)增加的比例。 在激光穩(wěn)定階段 即 光強(qiáng)增大到一定程度后 須 I2 / I0 = 1 兩個(gè)問題： （ 1）、在激光的形成階段 G Gm , 光放大，怎么光強(qiáng)不會無限放大下去？ 原因是實(shí)際的增益系數(shù) G不是常量 ,當(dāng) I? 時(shí)，會 G?。 熱性能 ：要求兩種材料的熱膨脹系數(shù)相接近 光纖的分類： 按材質(zhì)分： 無機(jī)光導(dǎo)纖維：單組份、多組分 高分子光導(dǎo)纖維 光纖的應(yīng)用： 光纖通信 磁光效應(yīng)與磁光盤 磁光效應(yīng)是指處于磁化狀態(tài)的物質(zhì)與光之間發(fā)生相互作用而引起的各種光學(xué)現(xiàn)象。 不同的物質(zhì)具有不同的逸出功 ，即每一個(gè)物體都有一個(gè)對應(yīng)的光頻閾值 ， 稱為紅限頻率或波長限