作业： P 313 : 10.5, 10.6, 10.7, 10.9, 10.10, 10.11, 10.12

作业：作业：

PP313313: 10.5, 10.6, 10.7, 10.9, 10.10, : 10.5, 10.6, 10.7, 10.9, 10.10,

10.11, 10.12 10.11, 10.12

第九讲光学材料第九讲光学材料

• 光学材料：光学材料：自然界中人类最早感知最大信息源自然界中人类最早感知最大信息源

• 光学性质：光学性质：微结构变化（电子态微结构变化（电子态 // 化学键化学键 // 晶格等）伴随的晶格等）伴随的光光

子形式的能量变化光子与微结构的作用子形式的能量变化光子与微结构的作用

材料物性材料物性

光光

热热

力力

电电

磁磁


其它其它

第九讲光学材料


9.1 9.1 光和颜色光和颜色

• 光和颜色的关系光和颜色的关系

颜色是眼睛对实物视觉感知的一部分：实物发颜色是眼睛对实物视觉感知的一部分：实物发出或反射可见光的颜色出或反射可见光的颜色

红红橙橙

黄黄

绿绿蓝蓝

靛靛

紫紫

蓝绿蓝绿

红绿蓝三元色红绿蓝三元色


• 颜色的起因：颜色的起因：

光和物质相互作用或内部电子能级跃迁光和物质相互作用或内部电子能级跃迁

化学结构选择吸收和发射光－位于可见光区显化学结构选择吸收和发射光－位于可见光区显

现颜色现颜色

物理过程使光在传播过程中显现颜色物理过程使光在传播过程中显现颜色

主动和被动主动和被动


• 原子激发和分子振动原子激发和分子振动

（（ 11 ）电子激发跃迁－热激发或其他形式激发）电子激发跃迁－热激发或其他形式激发

电子在基态和激发态之间跃迁吸收或发射不同波电子在基态和激发态之间跃迁吸收或发射不同波

长的光，若位于可见光区则显现不同颜色长的光，若位于可见光区则显现不同颜色

9.2 9.2 发色的化学机理和色料发色的化学机理和色料

（（ 22 ）分子的振动和转动－吸收特定波长的光）分子的振动和转动－吸收特定波长的光


• 过渡金属原子的能级过渡金属原子的能级 – – 电子在配位场中的运动电子在配位场中的运动

配位场不一样：配位场不一样：

CuSOCuSO44 晶体无色晶体无色

CuSOCuSO44·5H·5H22O O 晶体蓝色晶体蓝色

过渡金属离子处于不同的配位场，轨道过渡金属离子处于不同的配位场，轨道能级分裂状况和能级中电子排布不一样，电能级分裂状况和能级中电子排布不一样，电子在能级间跃迁产生的颜色就不同子在能级间跃迁产生的颜色就不同

• 共轭效应和有机染料


共轭体系－共轭效应－离域键－最高占据轨道和最低空轨道间能级差位于可见光波段－分子产生颜色－有机染料

靛蓝分子结构式


酚酞酸碱指示剂

• 电荷转移效应和颜料


电子在不同配位环境和不同价态离子间的转移－能量差异－吸收或放出光能－产生颜色

电荷转移形式：

同 / 异种离子－金属 / 配体－施主受主相互作用

Fe3O4:

Fe2O3:

• 电子在固体能带间跃迁产生颜色


金属的颜色：能带吸收－反射－透射

半导体：能隙宽度－颜色

绝缘体：能隙宽度－颜色

晶体的一种与颜色相关的点缺陷－色心和晶体颜色

• 变色材料

化学过程 / 物理过程－引起变色


（ 1 ）光致变色

（ 2 ）热致变色－智能建筑的热调光玻璃

（ 3 ）电致变色－智能建筑的电调光玻璃

（ 4 ）压致变色


9.3 发光材料

• 概述光源－各种材料（无源之光？）

固体发光材料：常温下把激发能转变为可见光的固体物质

荧光物质－磷光物质激发能量种类

• 发光材料基质的晶体结构


发光材料－金属离子＋不同对称性配位场－影响电子在不同能级间跃迁－影响发光强度

常用的发光材料－金属离子处于非中心对称的配位场中

CaWO4 中： WO42- 为非

对

称四面体发光中心－浓

度大发光效率高

• 发光材料的应用


（ 1 ）日光灯： Hg 蒸气＋荧光粉 Ca5(PO4)3(F,Cl):Sb3+,Mn2+

（ 2 ）彩色显象管：红绿蓝三种荧光粉－三元色

Y2O3:Eu3+, ZnS(Cu2+,Al3+), ZnS:Ag+

（ 3 ） X 射线激发存储发光材料 : 辐射诱导光激励发光

BaFBr:Er2+


Hg 蒸气原子受电子流轰击激发至激发态，返回基态时主要发射出紫外线－－管壁上的荧光粉受紫外线激发


9.4 非线性光学晶体

光＋介质－线性光学效应

非线性光学效应 : 倍频和频差频，等

非线性光学晶体：产生非线性光学效应的晶体

非线性光学效应：入射光波和组成晶体的不对称畸

变阴离子基团的电子运动相互作用的结果

重要的氧化物型非线性光学晶体简介：

MO6 、 MO4 、 MO3 、 MO2 、 M3O6 等类型


KTiOPO4 (KTB)

激光倍频材料


β － BaB2O4 （ BBO ）激光倍频晶体


结构决定性质结构决定性质

光学过程：物理过程光学过程：物理过程

化学过程化学过程

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