【正文】 導(dǎo)纖維 ， 是由低損耗材料制成的其結(jié)構(gòu)類似于同軸電纜的圓形介質(zhì)波導(dǎo)：內(nèi)芯是一種較高折射率的材料 ， 周圍是另一種較低折射率的材料構(gòu)成的包層 ， 最外層是保護(hù)層 。 (1) 光纖的分類：階躍型折射率光纖和梯度型折射率光纖 。 階躍型折射率光纖 ， 內(nèi)芯和包層間折射率的過(guò)渡是階躍的； 梯度型折射率光纖 ， 折射率的分布為從中心軸線沿徑向逐漸減小 。 材料：石英光纖 、 多組分玻璃光纖 、 塑料光纖 、 紅外光纖 、 紫外光纖和有源光 纖等 。 材料的 性能 (2) 光纖的傳光特性和集光本領(lǐng)： 物理基礎(chǔ)是全內(nèi)反射 。 (3) 光纖的色散與損耗： 色散影響光通信系統(tǒng)的傳輸容量和誤碼率 ， 而損耗影響傳輸距離 。 色散種類： 材料色散 ， 本身折射率隨頻率變化 ， 導(dǎo)致不同的頻率分量的傳播速度 的不同而產(chǎn)生色散； 波導(dǎo)色散 ， 依賴于光纖芯徑與波長(zhǎng)的比值 ， 與光纖的結(jié)構(gòu)有關(guān)； 模色散 ， 適于多模色散 。 損耗是光波在傳輸過(guò)程中由于某種或某些因素所致的衰減 。 光纖中的損耗主要有吸收損耗和散射損耗 。 ? 光的發(fā)射： 光發(fā)射目前主要是通過(guò)激光器實(shí)現(xiàn)的 。 激光的特點(diǎn)： (1) 方向性好 ， 亮度高 ， 能量集中 ， 可在微米級(jí)圓斑內(nèi)產(chǎn)生幾萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)度的高溫； (2) 單色性好 ， 譜線寬度小于 107； (3) 相干線好 ， 即相干長(zhǎng)度很長(zhǎng) ， 激光束的相干長(zhǎng)度比普通光束要長(zhǎng)數(shù)十倍 ， 甚至數(shù)百倍； (4) 激光傳遞信息的容量大； (5) 高簡(jiǎn)并度的強(qiáng)激光 ， 因其場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)大于分子 、 原子內(nèi)庫(kù)侖場(chǎng)強(qiáng) ， 故而它與物質(zhì)相互作用 ， 會(huì)引起倍頻 、 和頻 、 差頻等許多新的物理效應(yīng) 。 材料的 性能 ? 單項(xiàng)性能的評(píng)價(jià)： 對(duì)材料性能的測(cè)定需要建立一種廣義力與廣義位移的關(guān)系 ，在關(guān)系為線性時(shí) ， 材料性能由線性常數(shù)表征 ， 如彈性模量 (σ＝ Eε) 、 熱容 (S=CT)等 。 在關(guān)系偏離線性時(shí) ， 材料的性能需要由高階的常數(shù)來(lái)描述 ， 如光學(xué)晶體在強(qiáng)光照射下的極化率 。 ? 綜合性能的評(píng)價(jià)： 新材料的發(fā)展提出了一些難以用單項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的材料特征 。 如金屬的可焊性 、 材料的加工性 、 高溫氧化氣氛下的抗腐蝕性等 。 由于涉及的因素較多 ， 不同場(chǎng)合使用的側(cè)重點(diǎn)也不同 ， 對(duì)材料性能的測(cè)試提出了更高的要求 ， 需要考慮一個(gè)測(cè)試體系 ， 創(chuàng)造一個(gè)測(cè)試環(huán)境 ， 以求所測(cè)性能盡可能真實(shí) 。 材料的 表征 ? 性能檢測(cè) ? 組織分析 ? 電子與樣品相互作用 材料被一個(gè)細(xì)的 、 約束較好的聚焦電子束照 射 ， 并且入射束有足夠的 束流以產(chǎn)生顯微分析所需 的信號(hào) 。 材料的 表征 (1) 向前散射電子：即透射電子 ， 是電子穿透樣品的部分 。 這些電子攜帶被樣品吸收 、 衍射的信息 ， 用于透射電鏡明場(chǎng)像和透射掃描電鏡的掃描圖像 。 揭示樣品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的形貌 。 (2) 非彈性散射電子：這些電子在穿過(guò)樣品時(shí)損失了部分能量 ， 方向也有微小變化。 用于電子能量損失譜 ， 提供成分和化學(xué)信息 。 (3) 彈性散射電子：在晶體材料中 ， 電子按布拉格定律 ， 被具有不同取向及面間距的周期排列原子平面散射不同角度 ， 產(chǎn)生電子衍射圖 ， 提供晶體結(jié)構(gòu) 、 對(duì)稱性 、取向和樣品厚度等信息 。 (2dsinθ=nλ) (4) X射線：入射電子在樣品原子激發(fā)內(nèi)層電子后外層電子躍遷至內(nèi)層時(shí)發(fā)出的光子， 用于電子照射區(qū)域化學(xué)成分的定性和定量分析 。 (5) 背散射電子：入射電子在樣品中經(jīng)散射后再?gòu)纳媳砻嫔涑鰜?lái)的電子 。 掃描電子顯微術(shù) 、 透射掃描電子顯微術(shù)收集這些電子成像可 反映樣品表面不同取向 、 不同平均原子量的區(qū)域差別 。 (6) 俄歇電子：與 X射線一樣由原子內(nèi)殼層電子被入射電子電離而產(chǎn)生 ， 其能量與入射電子無(wú)關(guān) ， 可表征原子及電子結(jié)構(gòu) ， 成為 表征材料表面化學(xué)成分 ， 特別是元素偏聚的有力工具 。 (7) 二次電子：由樣品中原子外殼層釋放出來(lái) ， 在掃描電子顯微術(shù)中主要用于成像 ，反映樣品上表面的形貌特征 。 材料的 表征 ? 結(jié)構(gòu)表征 顯微結(jié)構(gòu)表征包括觀察組織的形貌，確定其原子排列方式和分析化學(xué)組分。 分析方法可按觀察形貌的顯微鏡、測(cè)定結(jié)構(gòu)的衍射儀及分析成分的各種譜儀進(jìn)行分類。 材料的 表征 ? 形貌觀察： 光學(xué)顯微術(shù)和金相學(xué)是在微米尺度觀察材料組織結(jié)構(gòu)的最常用方法 。 (1) 掃描電鏡和透射電鏡把觀察顯微組織的尺度推進(jìn)到納米 層次 。 掃描電鏡 ——用于材料斷口形貌觀察 ， 其分辨率達(dá)納米尺寸； 透射電鏡 +X射線能譜儀 +電子能量損失譜儀 +場(chǎng)發(fā)射槍電子源 (高亮度、 高相干性 )——能在納米尺度上給出材料組織形貌 、 結(jié)構(gòu)和成分 。 (2) 場(chǎng)離子顯微鏡：利用針尖端表面原子層輪廓邊緣的電場(chǎng)不同，借助惰性氣體離子轟擊熒光屏可以得到針尖正面原子排布的投影像，達(dá)到，可以直觀顯示晶界或位錯(cuò)露頭處原子排列及氣體原子在表面的吸附行為。 (3) 掃描隧道顯微鏡：借助一根針尖與表面間的隧道效應(yīng)電流的調(diào)控，在表面作 X、 Y方向掃描的同時(shí)，在保持隧道效應(yīng)電流恒定的電路控制下，針尖將依表面原子的起伏而在 Z方向游動(dòng)。 材料的 表征 此外： ? 研究磁性材料表面磁疇和磁場(chǎng)分布的磁力顯微鏡； ? 觀察微電路是電特性的靜電力顯微鏡； ? 近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡和光學(xué)掃描隧道顯微鏡； ? 測(cè)量樣品表面微區(qū)溫度變化的掃描熱顯微鏡等 。 材料的 表征 1 10 100 1000 10000 ｎｍ 1 10 μｍ 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 觀 察 倍率 掃 描探 針顯 微 鏡 掃 描 電 子 顯 微 鏡 光學(xué) 顯 微 鏡 分辨率 ? 結(jié)構(gòu)測(cè)定： (1) X射線衍射：包括粉末照相相分析 ， 高溫 、 常溫 、 低溫衍射儀 ， 背反射譜和透射勞厄照相 ， 測(cè)定單晶的四聯(lián)衍射化 ， 織構(gòu)的極圖測(cè)定等 。 從 X射線衍射圖的幾何分布可確定晶體材料的點(diǎn)陣類型和單胞大小 ， 從衍射強(qiáng)度可反推出晶體內(nèi)各原子的位置 。 (2) 電子衍射：透射電鏡結(jié)合電子衍射用于測(cè)定微細(xì)晶體或材料的亞微米尺寸結(jié)構(gòu) 。 (3) 中子衍射：中子受物質(zhì)中原子核散射，輕重原子核對(duì)中子的散射能力差別不大，中子衍射有利于測(cè)定輕原子的位置。 材料的 表征 ? 化學(xué)組分分析： (1) 常規(guī)分析：質(zhì)譜 、 紫外 、 可見(jiàn)光 、 紅外光譜分析 ， 氣 、 液相色譜 ， 光 發(fā)射與吸收譜 ， X射線熒光分析譜 ， 俄歇與 X射線光電子譜， 二次離子譜 ， 拉曼譜 ， 電子探針 ， 原子探針 ， 激光探針等。 (2) 研究晶體缺陷附近的原子排列狀態(tài)： 核磁共振譜儀、穆斯堡爾譜儀、正電子湮沒(méi)等。 ? 分析技術(shù)的交叉與綜合 (1) 發(fā)展綜合分析技術(shù)； (2) 性能測(cè)試與顯微組織表征同步進(jìn)行 。 ? 分析結(jié)果的定量化與可視化 (1) 數(shù)據(jù)處理能力的提高使分析定量化； (2) 分析結(jié)果的可視化 。 ? 低維材料制備與分析測(cè)試結(jié)合 、性能與表征技術(shù)發(fā)展 演講完畢，謝謝觀看！