光学材料的研究现状及应用样本

光学材料研究现状及应用

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发光材料已成为人们寻常生活中不可缺少材料,被广泛地用在各种显示、照明和医疗等领域,如电视屏幕、电脑显示屏、X射线透射仪等,显微镜、望远镜、经纬仪、摄像机等各种光学仪器,核心某些都是由光学材料制造光学零件。当前发光材料重要是无机发光材料,从形态上分,有粉末状多晶、薄膜和单晶等。一、引言

光布满着整个宇宙,各种星体都在发光：远红外光、红外光、可见光、紫外光，以及X射线等。人类生活在光世界里，白天靠日光，黑夜靠灯光，夜间还要靠星光。要运用光，就要创造工具，就要有制造工具材料—光学材料。

自然中存在某些天然光学材料：国内夜明珠、发光壁；印度蛇眼石、叙利亚孔雀暖玉等。这些材料具备奇异发光现象，能在无光环境下放出各种色泽晶莹光辉。由于这些光学材料稀有，被视为人间珍宝，成为权力和财富象征。春秋战国时期，墨子就研究光传播规律，浮现了最古老光学材料—青铜反光镜。17世纪，瑞士人纪南熔制出光学玻璃，重要用于天文望远镜；随后，欧洲浮现了望远镜和三色棱镜，人造光学玻璃成为重要光学材料。20世纪初，以望远镜、显微镜、光谱仪以及物理光学仪器四大类为主体，建立了光学工业。

光学材料是传播光线材料，这些材料以折射、反射和透射方式，变化光线方向、强度和位相，使光线按预定规定和途径传播，也可吸取或透过一定波长范畴光线而变化光线光谱成分。

光学材料涉及光纤材料、发光材料、红外材料、激光材料和光色材料等。

二、研究现状及重要应用领域

1.发光材料

发光是物质将某种方式吸取能量转化为光向外辐射过程，是热辐射外另一种能量辐射现象。光子是电子在受激高能态返回低能态时发出,当发出光子能量在1.8-3.1eV时，便是可见光。而材料发光所需能量可从较高能量电磁辐射(如紫外光)中得到，也可从高能电子或热能、机械能和化学能中得到。

发光材料是指吸取光照，然后转化为光材料。发光材料晶格要具备构造缺陷或杂质缺陷，材料才具备发光性能。构造缺陷是晶格间空位等晶格缺陷，由其引起发光称为自激活发光，因此制备发光材料采用适当基质十分重要。如果在基质材料中有选取地掺入微量杂质在晶格中形成杂质缺陷，由其引起发光叫激活发光，掺入微量杂质普通都充当发光中心，称为激活剂。咱们实际应用发光材料大多是激活型发光材料。

依照发光类型，可以把发光材料分为光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、X射线发光材料、发光二极管等。

1.1光致发光材料

发光就是物质内部以某种方式吸取能量后来，以热辐射以外光辐射形式发射出多余能量过程。用光激发材料而产生发光现象，称为光致发光。光致发光材料一种重要应用领域是照明光源，涉及低压汞灯、高压汞灯、彩色荧光灯、三基色灯和紫外灯等。其另一种重要应用领域是等离子体显示。光致发光粉是制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆抱负材料。光致发光材料在安全面上应用是其最为普遍。在安全面，光致发光材料可用作安全出口批示标记、撤离标记等。另一方面用光致发光材料制作精美产品，某些不属安全标志产品,T恤衫、宣传品、小朋友玩具、小标签等可以运用光致发光材料进行装饰印刷。

1.2阴极射线发光材料

阴极射线发光是在真空中从阴极出来电子经加速后轰击荧光屏所发出光。因此发光区域只局限于电子所轰击区域附近。又由于电子能量在几千电子伏以上，因此除发光以外,还产生X射线。X射线对人体有害,因而在显示屏玻璃中常添加某些重金属(如Pb)，以吸取在电子轰击下荧光屏所产生X射线。阴极射线发光是继发光二极管、无机电致发光、有机电致发光之后第四种发光形式。这是一类在阴极射线激发下能发光材料。用电子束激发时，其电子能量普通在几千电子伏特以上甚至几万电子伏特，而光致发光时，紫外线光子能量仅5-6eV甚至更低，而光致发光材料在电子束激发下都能发光，甚至有些材料没有光致发光，但却有阴极射线发光。

阴极射线发光材料普通用于电子束管用荧光粉，它是发光材料中产量仅次于灯用荧光粉一种产量较大荧光粉。它除用于电视、雷达、示波器、计算机终端显示荧光屏之外，还用于商用机器、光学字体辨认、照相排版、医学电子仪器、飞机驾驶舱表盘等。

1.3 电致发光材料

电致发光(电场发光，EL)是指电流通过物质时或物质处在强电场下发光现象，也就是电能转换为光能现象，在消费品生产中有时被称为冷光。具备这种性能物质可作为一种电控发光器件。普通它们是固体元件，具备响应速度快、亮度高、视角广特点，同步又具备易加工特点，可制成薄型、平面、甚至是柔性发光器件。当前电致发光研究方向重要为有机材料应用。

商业领域：重要应用在POS机和ATM机、复印机、自动售货机、游戏机、公用电话亭、加油站、打卡机、门禁系统、电子秤等产品和设备显示屏。

消费类电子产品：重要应用有装饰用品(软屏)与灯具、各类音响设备、计算器、数码相机、数码摄像机、便携式DVD、便携式电视机、电子钟表、掌上游戏机、各种家用电器(OLED电视)等产品显示屏。

工业应用场合：重要应用有各类仪器仪表、手持设备等显示屏。

通信领域;重要应用有3G手机、各类可视对讲系统(可视电话)、移动网络终端、e-book(电子图书)等产品显示屏。

交通领域:重要应用有GPS、车载音响、车载电话、飞机仪表和设备等各种批示标志性显示屏。如微显示屏,这种技术最早用于战斗机飞行员,当前穿戴式电脑也用它。有了它,移动设备就不再受显示屏体积大、耗电多限制。

1.4发光二极管材料

发光二极管是辐射光半导体二极管，施加正向电压时，通过pn结分别把n 区电子注入p区，p区空穴注入n区，电子和空穴复合发光，把电能直接转换成光能。

发光二极管和器件已实现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七彩色生产和应用，并拓展到近红外和近紫外范畴，如发红光GaAsP，发绿光Gap等。发光二极管发光效率也提高上千倍。使用GaN基材料二极管，可发出高亮度白光，在20mA电流下，发光强度达到2Cd，能作为强光源使用。

发光二极管也可做成批示器和数字显示屏，用于计算机、广告、家用电器、车辆、交通信号等仪器仪表显示中。

1.5 X射线激发发光材料

在X射线照射下，发光材料可发生康普顿效应，也可吸取X射线，它们都可产生高速光电子。光电子又通过非弹性碰撞，产生下一代电子。当这些电子能量接近发光跃迁所需能量时，就可发出光。

X射线发光材料可使X光转换为可见光，并显示成像。它可将X射线透过人体或物体后所形成X射线潜像转换成可见图像，既可用肉眼观测，也可用胶片照相，还可用光电器件将它转换成电信号后再解决。重要用于X射线远视及照相尚有由X射线像增强器和电视构成X射线显示系统，X射线扫描及计算机配合构成断层分析系统也就是常说CT系统。