材料的光學(xué)性能 2

1、材料的光學(xué)性能眾所周知,材料對(duì)可見(jiàn)光的不同吸收和反射性能使我們周?chē)氖澜绯尸F(xiàn)五光十色。金和銀對(duì)紅外線的反射能力最強(qiáng),所以常被用來(lái)作為紅外輻射腔內(nèi)的鍍層。玻璃、石英、金剛石是熟知的可見(jiàn)光透明材料金屬、陶瓷、橡膠和塑料在一般情況下對(duì)可見(jiàn)光是不透明的。橡膠、塑料、半導(dǎo)體鍺和硅卻對(duì)紅外線透明。因?yàn)殒N和硅的折射率大,故被用來(lái)制造紅外透鏡。許多陶瓷和密胺塑料制品在可見(jiàn)光下完全不透明,但卻可以在微波爐中作食品容器,因?yàn)樗鼈儗?duì)微波透明。玻

2、璃、塑料、晶體、金屬和陶瓷都可以成為光學(xué)材料。釹玻璃是應(yīng)用最廣泛的大功率激光發(fā)射介質(zhì)。發(fā)光材料的進(jìn)步對(duì)于信息顯示技術(shù)有重要意義,它給人類(lèi)的生活帶來(lái)了巨大的變化:1929年成功地演示了黑白電視接收機(jī);1953年出現(xiàn)了彩色電視廣播;1964年以稀土元素的化合物為基質(zhì)和以稀土離子摻雜的發(fā)光粉問(wèn)世,成倍地提高了發(fā)紅光材料的發(fā)光亮度,這一成就使得“紅色”能夠與“藍(lán)色”和“綠色”的發(fā)光亮度相匹配,實(shí)現(xiàn)了如今這樣顏色逼真的彩色電視。,波粒二象性

3、早期以牛頓為代表的一種觀點(diǎn)認(rèn)為,光是粒子流。后來(lái)以惠更斯為代表的觀點(diǎn),認(rèn)為光是一種波動(dòng)。麥克斯韋創(chuàng)立了電磁波理論,既能解釋光的直線行進(jìn)和反射,又能解釋光的干涉和衍射,表明光是一種電磁波。然而在19世紀(jì)末,當(dāng)人們深入研究光的發(fā)生及其與物質(zhì)的相互作用(如黑體輻射和光電效應(yīng))時(shí),波動(dòng)說(shuō)卻遇到了難題。于是普朗克提出了光的量子假設(shè)并成功地解釋了黑體輻射。接著愛(ài)因斯坦進(jìn)一步完善了光的量子理論,不僅圓滿(mǎn)地解釋了光電效應(yīng),而且解釋了后來(lái)的康普頓

4、效應(yīng)等許多實(shí)驗(yàn)。愛(ài)因斯坦理論中的光量子(光子)不同于牛頓微粒學(xué)說(shuō)中的粒子。他將光子的能量、動(dòng)量等表征粒子性質(zhì)的物理量與頻率、波長(zhǎng)等表征波動(dòng)性質(zhì)的物理量聯(lián)系起來(lái),并建立了定量關(guān)系。因此光子是同時(shí)具有微粒和波動(dòng)兩種屬性的特殊物質(zhì),是光的雙重本性的統(tǒng)一。這一切都說(shuō)明,波動(dòng)性和粒子性的統(tǒng)一不僅是光的本性,而且也是一切微觀粒子的共同屬性。,光是電磁波光是一種電磁波,它是電磁場(chǎng)周期性振動(dòng)的傳播所形成的。在光波中,電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是交織在一起的。麥克

5、斯韋的電磁場(chǎng)理論表明,變化著的電場(chǎng)周?chē)鷷?huì)感生出變化的磁場(chǎng),而變化著的磁場(chǎng)周?chē)謺?huì)感生出另一個(gè)變化的電場(chǎng),如此循環(huán)不已,電磁場(chǎng)就以波的形式朝著各個(gè)方向向外擴(kuò)展。光波中人眼能夠感受到的又只占一小部分,其波長(zhǎng)大約在390-770nm范圍,稱(chēng)為可見(jiàn)光。,光的傳播特性的基本規(guī)律。①光在均勻介質(zhì)中的直線傳播定律;②光通過(guò)兩種介質(zhì)的分界面時(shí)的反射定律和折射定律;③光的獨(dú)立傳播定律和光路可逆性原理。,從反射率曲線(圖4-8)可以看出,當(dāng)逐漸改變

6、入射角時(shí),隨著入射角的增大,反射光線會(huì)越來(lái)越強(qiáng),而透射(折射)光線則越來(lái)越弱。圖表示,如果光是從光密介質(zhì)(例如玻璃)射向光疏介質(zhì)(如空氣),即時(shí),則折射角大于入射角。因此入射角達(dá)到某一角度時(shí),圖光的全反射折射角可等于,此時(shí)有一條很弱的折射光線沿界面?zhèn)鞑ァＨ绻肷浣谴笥?,就不再有折射光線,入射光的能量全部回到第一介質(zhì)中。這種現(xiàn)象稱(chēng)為全反射,角就稱(chēng)為全反射的臨界角。根據(jù)折射定律可求得臨界角的表達(dá)式,不同介質(zhì)的臨界角大小不同,例如普通玻

7、璃對(duì)空氣的臨界角為 ,水對(duì)空氣的臨界角為 ,而鉆石因折射率很大 ,故臨界角很小,容易發(fā)生全反射。切割鉆石時(shí),經(jīng)過(guò)特殊的角度選擇,可使進(jìn)入的光線全反射并經(jīng)色散后向其頂部射出,看起來(lái)就會(huì)顯得光彩奪目。利用光的全反射原理,可以制作一種新型光學(xué)元件——光導(dǎo)纖維,簡(jiǎn)稱(chēng)光纖。光纖是由光學(xué)玻璃、光學(xué)石英或塑料制成的直徑為幾 至幾十 的細(xì)絲(稱(chēng)為纖芯),在纖芯外面覆蓋直徑的包層,包層的折射

8、率比纖芯略低約 ,兩層之間形成良好的光學(xué)界面。當(dāng)光線從一端以適當(dāng)?shù)慕嵌壬淙肜w維內(nèi)部時(shí),將在內(nèi)外兩層圖光在光導(dǎo)纖維中的傳播之間產(chǎn)生多次全反射而傳播到另一端,,一束平行光照射均質(zhì)的材料時(shí),除了可能發(fā)生反射和折射而改變其傳播方向之外,進(jìn)入材料之后還會(huì)發(fā)生兩種變化。一是隨著光束的深入,一部分光的能量被材料所吸收,其強(qiáng)度將被減弱;二是介質(zhì)中光的傳播速度比真空中小,且隨波長(zhǎng)而變化,這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的色散。,吸收光譜研究物質(zhì)的吸收特性發(fā)現(xiàn),任

9、何物質(zhì)都只對(duì)特定的波長(zhǎng)范圍表現(xiàn)為透明的,而對(duì)另一些波長(zhǎng)范圍則不透明。例如石英在整個(gè)可見(jiàn)光波段都很透明,且吸收系數(shù)幾乎不變,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“一般吸收”。但是,在 的紅外線區(qū),石英表現(xiàn)為強(qiáng)烈吸收,且吸收率隨波長(zhǎng)劇烈變化,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“選擇吸收”。任何物質(zhì)都有這兩種形式的吸收,只是出現(xiàn)的波長(zhǎng)范圍不同而已。,吸收的物理機(jī)制光的吸收是材料中的微觀粒子與光相互作用的過(guò)程中表現(xiàn)出的能量交換過(guò)程。這一過(guò)程的進(jìn)行除了服從能量守恒定

10、律外,還應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足必要的量子條件。眾所周知,光是能量和動(dòng)量量子化的粒子流,而材料的能量狀態(tài)也是量子化的。因此,只有當(dāng)入射光子的能量與材料的某兩個(gè)能態(tài)之間的能量差值相等時(shí),光量子才可能被吸收,與此同時(shí),材料中的電子從較低的能態(tài)躍遷到較高的能態(tài)。由于固體材料的能量結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,不同層次的能態(tài)躍遷可以吸收不同波長(zhǎng)的光子,因而形成了吸收光譜的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。,(1)正常色散我們已經(jīng)了解光在介質(zhì)中的傳播速度低于真空中的光速,其關(guān)系為y=c/n,據(jù)此可以

11、解釋光在通過(guò)不同介質(zhì)界面時(shí)發(fā)生的折射現(xiàn)象。若將一束白光斜射到兩種均勻介質(zhì)的分界面上,就可以看到折射光束分散成按紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的順序排列而成的彩色光帶,這是在介質(zhì)中不同波長(zhǎng)的光有不同的速度的直接結(jié)果。所以,介質(zhì)中光速或折射率隨波長(zhǎng)改變的現(xiàn)象稱(chēng)為色散現(xiàn)象。研究色散最方便的實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)棱鏡來(lái)進(jìn)行。測(cè)量不同波長(zhǎng)的光線經(jīng)棱鏡折射的偏轉(zhuǎn)角,就可以得到折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線。下圖給出了幾種常用光學(xué)材料的色散曲線,分析這些曲線可以得出如下的

12、規(guī)律。(a)對(duì)于同一材料而言,波長(zhǎng)愈短則折射率愈大;(b)折射率隨波長(zhǎng)的變化率dn/dλ稱(chēng)為“色散率”。波長(zhǎng)愈短色散率愈大(一般不考慮負(fù)號(hào));(c) 不同材料,對(duì)同一波長(zhǎng),折射率大者色散率dn/dλ也大;(d)不同材料的色散曲間線沒(méi)有簡(jiǎn)單的數(shù)量關(guān)系。由于人們?cè)缙趯?duì)色散現(xiàn)象的研究都是在可見(jiàn)光波段為透明的光學(xué)材料上進(jìn)行的,結(jié)果都符合上述規(guī)律,故稱(chēng)之為“正常色散”。這里“正?！倍质窍鄬?duì)于后來(lái)發(fā)現(xiàn)的一些“反常”現(xiàn)象而言的。,1936

13、年科希研究了材料的折射率,成功地將正常色散曲線表達(dá)為此式稱(chēng)為科希公式。式中, 為表征材料特性的常數(shù)。簡(jiǎn)化式材料的色散率,反常色散反常色散與上述正常色散不同,如果對(duì)石英之類(lèi)透明材料,把測(cè)量波長(zhǎng)延伸到紅外區(qū)域,這時(shí)所得到的色散曲線就開(kāi)始明顯地偏離科希公式。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),這類(lèi)偏離總是出現(xiàn)在吸收帶的附近。偏離的具體形式如圖4-19所示。圖中,色散曲線的PQ段可以準(zhǔn)確地符合科希公式,但從R點(diǎn)起折射率開(kāi)始急劇下

14、降,而不是如科希公式所預(yù)言的、隨λ的增加緩慢下降并趨近于極限值A(chǔ)。在接近吸收帶的短波側(cè),折射率n愈降愈快,直到進(jìn)入完全不透光的吸收區(qū)。在吸收帶的長(zhǎng)波側(cè)測(cè)得的n值很高,離開(kāi)吸收區(qū)后,n先是迅速下降,距離漸遠(yuǎn)再緩慢降低。在S點(diǎn)到T點(diǎn)的范圍內(nèi),n值又可以用科希公式表示,只是常數(shù)值與前面不同,實(shí)際上是常數(shù)A變大了。在經(jīng)過(guò)吸收帶時(shí),色散曲線發(fā)生了明顯的不連續(xù),而且,在吸收帶附近長(zhǎng)波一側(cè)的折射率n比短波一側(cè)的大。折射率曲線在吸收帶附近不符合科希公式

15、的這種特征被稱(chēng)為“反常色散”。后來(lái)的大量實(shí)驗(yàn)表明,多種材料在遇到吸收帶時(shí),色散曲線都有這種不連續(xù)的性質(zhì)。,石英等透明材料在紅外區(qū)的反常色散,當(dāng)光束通過(guò)平整光滑的表面入射到各向同性介質(zhì)中去時(shí),它將按照折射定律沿某一方向折射,這是常見(jiàn)的折射現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)光束通過(guò)各向異性介質(zhì)表面時(shí),折射光會(huì)分成兩束沿著不同的方向傳播,見(jiàn)圖,這種由一束入射光折射后分成兩束的現(xiàn)象稱(chēng)為雙折射。許多晶體具有雙折射性質(zhì),但也有些晶體(例如巖鹽)不發(fā)生雙折射。雙折射

16、的兩束光中有一束光的偏折方向符合折射定律, 所以稱(chēng)為尋常光(或O光)。另一束光的折射方向不符合折射定律,被稱(chēng)為非常光(或e光)。一般地說(shuō),非常光的折射線不在入射面內(nèi),并且折射角以及入射面與折射面之間的夾角不但和原來(lái)光束的入射角有關(guān),還和晶體的方向有關(guān)。,圖4-22雙折射現(xiàn)象,通過(guò)改變?nèi)肷涔馐姆较?可以找到在晶體中存在一些特殊的方向,沿著這些方向傳播的光并不發(fā)生雙折射,這些特殊的方向稱(chēng)為晶體的光軸。應(yīng)該注意,光軸所標(biāo)志的是一定的方向,而

17、不限于某一條具體的直線。有些晶體,例如方解石、石英等,只有一個(gè)光軸,稱(chēng)為單軸晶體;具有兩個(gè)光軸的晶體稱(chēng)為雙軸晶體,例如云母、硫磺、黃玉等晶體。,圖4-23 方解石晶體的光軸,一般地說(shuō)屬于四角晶系、三角晶系和六角晶系的晶體為單軸晶體,如紅寶石、電氣石、石英、冰等;而屬于正交晶系、單斜晶系和三斜晶系的晶體為雙軸晶體,如云母、藍(lán)寶石、硫磺等。具有立方結(jié)構(gòu)的晶體無(wú)雙折射性質(zhì)。,利用晶體材料的雙折射性質(zhì)可以制成特殊的光學(xué)元件,在光學(xué)儀器和光

18、學(xué)技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。例如利用晶體的雙折射,將自然光分解成偏振方向互相垂直的兩束線偏振光的洛匈棱鏡和渥拉斯頓棱鏡;利用雙折射和全反射原理,將光束分解成兩束線偏振光后再除去其中一束,而保留另一束的起偏和檢偏元件——尼科爾棱鏡、格蘭棱鏡等;利用晶體O光和e光傳播速度不同的特性,適當(dāng)選擇晶體的切割方向和厚度,可以制成各種晶體波片,使O光和e光之間產(chǎn)生預(yù)期的位相差,從而實(shí)現(xiàn)光束偏振狀態(tài)的轉(zhuǎn)換(四分之一波片,又稱(chēng)λ/4片,可實(shí)現(xiàn)線偏振光和圓偏振光之

19、間的互相轉(zhuǎn)換;二分之一波片,又稱(chēng)λ/2片,可根據(jù)需要隨意改變線偏振光的偏振方向);利用雙折射元件裝配的偏光干涉儀,可用于測(cè)量微小的相位差;偏光顯微鏡可用于檢測(cè)材料中的應(yīng)力分布;利用不同厚度的晶體組合構(gòu)成的雙折射濾光器已在激光技術(shù)中獲得應(yīng)用,它可以用于光譜濾波,實(shí)現(xiàn)從連續(xù)譜光源或?qū)拵Ч庠粗羞x出窄帶輻射。,二向色性晶體結(jié)構(gòu)的各向異性不僅能產(chǎn)生折射率的各向異性(雙折射),而且能產(chǎn)生吸收率的各向異性(稱(chēng)為“二向色性”)。電氣石是在可見(jiàn)光區(qū)域有

20、明顯二向色性的晶體。一塊厚度為1mm的這種晶體,幾乎可以完全吸收尋常光,而讓非常光通過(guò)。它對(duì)非常光也有一些選擇吸收,使得白光透射后呈黃綠色。具有明顯二向色性的材料也可以用來(lái)制造偏振元件,即二向色性偏振片。除了天然晶體之外,還可以利用特殊方法使具有明顯各向異性吸收率的微晶,在透明膠片中有規(guī)律地排列,制成人造二向色性偏振片。例如,一種由有機(jī)化合物碘化硫酸奎寧凝聚成的多晶,具有顯著的二向色性。如果將它們沉積在聚氯乙烯薄膜上,并采用機(jī)械方法將

21、這種薄膜沿某一方向拉伸,則上述微晶就會(huì)沿著拉伸方向整齊地排列起來(lái),表現(xiàn)出和單晶一樣的二向色性(即吸收O光而讓e光通過(guò))。將這種薄膜固定在兩片玻璃之間就可以作為偏振片使用。由于人造偏振片工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,容易加工成大面積的產(chǎn)品,所以很有實(shí)用價(jià)值。,材料的光發(fā)射材料的光發(fā)射是材料以某種方式吸收能量之后,將其轉(zhuǎn)化為光能即發(fā)射光子的過(guò)程。發(fā)光是人類(lèi)研究最早也應(yīng)用最廣泛的物理效應(yīng)之一。一般地說(shuō),物體發(fā)光可分為平衡輻射和非平衡輻射兩大類(lèi)。平衡輻

22、射的性質(zhì)只與輻射體的溫度和發(fā)射本領(lǐng)有關(guān),如白熾燈的發(fā)光就屬于平衡或準(zhǔn)平衡輻射;非平衡輻射是在外界激發(fā)下物體偏離了原來(lái)的熱平衡態(tài),繼而發(fā)出的輻射。本節(jié)將只討論固體材料的非平衡輻射。固體發(fā)光的微觀過(guò)程可以分為兩個(gè)步驟:第一步,對(duì)材料進(jìn)行激勵(lì),即以各種方式輸入能量,將固體中的電子的能量提高到一個(gè)非平衡態(tài),稱(chēng)為“激發(fā)態(tài)”;第二步,處于激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)地向低能態(tài)躍遷,同時(shí)發(fā)射光子。如果材料存在多個(gè)低能態(tài),發(fā)光躍遷可以有多種渠道,那么材料就可能

23、發(fā)射多種頻率的光子。,激勵(lì)方式發(fā)光前可以有多種方式向材料注入能量。通過(guò)光的輻照將材料中的電子激發(fā)到高能態(tài)從而導(dǎo)致發(fā)光,稱(chēng)為“光致發(fā)光”。光激勵(lì)可以采用光頻波段,也可以采用X-射線和γ-射線波段。日常照明用的熒光燈就是通過(guò)紫外線激發(fā)涂布于燈管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光的。利用高能量的電子來(lái)轟擊材料,通過(guò)電子在材料內(nèi)部的多次散射碰撞,使材料中多種發(fā)光中心被激發(fā)或電離而發(fā)光的過(guò)程稱(chēng)為“陰極射線發(fā)光”。彩色電視機(jī)的顏色就是采用電子束掃描、激發(fā)顯象管

24、內(nèi)表面上不同成分的熒光粉,使它們發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種基色光波而實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)絕緣發(fā)光體施加強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致發(fā)光,或者從外電路將電子(空穴)注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶(價(jià)帶),導(dǎo)致載流子復(fù)合而發(fā)光,稱(chēng)為“電致發(fā)光”。作為儀器指示燈的發(fā)光二極管就是半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光的例子。,材料的光吸收和光發(fā)射都是光和物質(zhì)相互作用的基本過(guò)程。年愛(ài)因斯坦在研究“黑體輻射能量分布”這一當(dāng)時(shí)物理學(xué)難題時(shí)曾提出,光與物質(zhì)的相互作用還有第三個(gè)基本過(guò)程,即受激輻射。據(jù)此他推得黑體輻射的

25、能量分布公式,合理地解釋了實(shí)驗(yàn)規(guī)律。為了與受激輻射相區(qū)別,前面所涉及的光發(fā)射應(yīng)稱(chēng)為自發(fā)輻射。以原子為例,并且只關(guān)心物質(zhì)與發(fā)光有關(guān)的兩個(gè)能級(jí)E1和E2,見(jiàn)圖。自發(fā)輻射是指這樣的過(guò)程,即如果原子已經(jīng)處于高能級(jí)E2,那么它就可能自發(fā)、獨(dú)立地向低能級(jí)E1躍遷并發(fā)射一個(gè)光子,其能量為,稱(chēng)為自發(fā)輻射躍遷概率,也稱(chēng)為自發(fā)輻射系數(shù)。,如果原子處于低能級(jí),當(dāng)有能量滿(mǎn)足 的光子趨近它時(shí),原子則可能吸收一個(gè)光子并

26、躍遷到高能級(jí)E2。由于這個(gè)吸收過(guò)程只有存在適當(dāng)頻率的外來(lái)光子時(shí)才會(huì)發(fā)生,故可稱(chēng)為“受激吸收”。單位體積內(nèi)單位時(shí)間發(fā)生受激吸收的原子數(shù) (等于被吸收的光子數(shù)),不但與低能級(jí)的原子密度成正比,還和輻射場(chǎng)的能量密度成正比,故有其中 稱(chēng)為受激吸收系數(shù),而 則為受激吸收概率。吸收結(jié)果導(dǎo)致高能級(jí)原子數(shù)增加,受激輻射的過(guò)程是:當(dāng)一個(gè)能量滿(mǎn)足

27、 的光子趨近高能級(jí)的原子時(shí),有可能入射的光子非但沒(méi)有被吸收,反而誘導(dǎo)高能級(jí)原子發(fā)射一個(gè)和自己性質(zhì)完全相同的光子來(lái)。換言之,受激輻射的光子和入射光子具有相同的頻率、方向和偏振狀態(tài)。受激輻射是受激吸收的逆過(guò)程,它的發(fā)生使高能級(jí)的原子數(shù)減少。,受激輻射既然存在,為什么人們長(zhǎng)期沒(méi)有觀察到呢?這是因?yàn)橥ǔＨ藗兯佑|到的體系都是熱平衡體系或者與熱平衡偏離不遠(yuǎn)的體系。按照玻耳茲曼分布公式,能量差在光頻波段的兩個(gè)能級(jí)中,高

28、能級(jí)的原子密度總是遠(yuǎn)小于低能級(jí)的原子密度,而受激輻射產(chǎn)生的光子數(shù)與受激吸收的光子數(shù)之比等于高、低能級(jí)粒子數(shù)之比,所以受激輻射就微乎其微以至長(zhǎng)期沒(méi)有被察覺(jué)。通過(guò)計(jì)算也可以證明,與自發(fā)輻射相比,在熱平衡條件下受激輻射也完全可以忽略。怎樣才能使受激輻射占主導(dǎo)地位呢?關(guān)鍵在于設(shè)法突破玻耳茲曼分布,使上能級(jí)的粒子數(shù)大于下能級(jí)的粒子數(shù),這個(gè)條件稱(chēng)為“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。這里的“粒子”二字泛指任何具體介質(zhì)中的微觀粒子,而不局限于原子。顯然,在高、低能級(jí)均無(wú)

29、簡(jiǎn)并的情況下,粒子數(shù)反轉(zhuǎn)即要求在熱平衡條件下,光波通過(guò)物質(zhì)體系時(shí)總是或多或少地被吸收,因而越來(lái)越弱,但是實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的體系卻恰恰相反。由于受激輻射放出的光子數(shù)多于被吸收的光子數(shù),輻射場(chǎng)將越來(lái)越強(qiáng)。換言之,實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的介質(zhì)具有對(duì)光的放大作用,稱(chēng)為“激活介質(zhì)”。,要使普通的介質(zhì)變成激活介質(zhì),必須進(jìn)行有效的激勵(lì),把低能級(jí)的粒子盡可能多地激發(fā)到高能級(jí)。激勵(lì)方式可依介質(zhì)種類(lèi)的不同而異,分別有氣體放電激勵(lì)、電子束激勵(lì)、強(qiáng)光激勵(lì)、載流子注入

30、、化學(xué)激勵(lì)、氣體動(dòng)力學(xué)激勵(lì)、核能激勵(lì)和激光激勵(lì)等。形成激光的激勵(lì)方式可能和上一節(jié)談到的材料光發(fā)射所采用的方式類(lèi)似,但所要求激勵(lì)的程度不同。一般發(fā)光并不要求達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。下面列舉固體激光介質(zhì)激活過(guò)程的幾個(gè)實(shí)例。固體激光通常采用光激勵(lì)(稱(chēng)為光泵),因此要求介質(zhì)有較寬的吸收譜帶,使得有較多發(fā)光中心離子被激發(fā)。被激發(fā)的離子一般通過(guò)無(wú)輻射躍遷過(guò)渡到激光作用的高能級(jí)。這個(gè)過(guò)程希望有高的量子效率,以達(dá)到高的熒光量子效率。發(fā)射激光的高能級(jí)應(yīng)具有較長(zhǎng)

31、的壽命,以便可以積累較多的粒子,利于形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。此外,作為發(fā)射激光的低能級(jí)應(yīng)占有盡可能少的粒子數(shù),為此應(yīng)盡量避免采用基態(tài)為激光躍遷的低能級(jí)。如紅寶石、摻釹的釔鋁石榴石等材料。,習(xí) 題 1 一入射光以較小的入射角i和折射角r穿過(guò)一透明玻璃板。證明透過(guò)后的光強(qiáng)系數(shù)為(l-m)2。設(shè)玻璃對(duì)光的衰減不計(jì)。 2．一透明Al2O3板厚度為1mm，用以測(cè)定光的吸收系數(shù)．如果光通過(guò)板厚之后，其強(qiáng)應(yīng)降低了15%，計(jì)算吸收及散射系