《2016年材料物理-lecture 7 (Chapter 7-磁性能-4-光性能)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2016年材料物理-lecture 7 (Chapter 7-磁性能-4-光性能)（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2016/12/29 1 2016 Materials Physics (材料物理 ) Physical Properties and Functional Materials （ 材料物理性能和功能材料 ） Zhongwu Liu （刘仲武） Email: Tel: 22236906； QQ： 963510550 Lecture-07 2 Hence, ideal soft magnetic materials The soft magnetic alloys must combine as many as possible of the following characteristics
2、 at moderate cost: High permeability, =B/H=1+. Meaning that we can produce very large changes in magnetic flux density in very small fields. Low hysteresis losses; Low eddy current losses; Large Ms (or Bs). High TC: The ability to use soft magnets at elevated temp. Fe Fe-Si alloys Fe-Al and Fe-Si-Al
3、 alloys Fe-Co alloys Fe-Ni based alloys Amorphous and nanocrystalline alloys Soft ferrites Pure Fe and FeCo alloy Pure Fe: Composition: C1 折射的本质：介质密度不同，光的传播速度（ v）不同。介质 2相对与介质 1的折射率 光密介质 折射率较大，光的传播速率较慢 光疏介质 折射率较小，光的传播速率较快 光的折射 (refraction) 26 2112sinsin nnn 121221 vvnnn 光与固体的相互作用 折射率反映了光在介质中的传播速度的快慢！
4、 反映了材料的电磁结构在光波电磁场作用下的介电（极化）特性 绝对折射率 n（介质常数）： 真空中的传播速度与介质中的速度比 。 越大， n越大； 与电极化相关； 光的电磁辐射下， 介质原子在外电场作用下极化 ，正负电荷中心发生位移。电磁辐射与电子体系发生相互作用，光波被减速。 介质离子半径增大， 增大， n增大 用大离子得到高折射率的材料；小离子得到低折射率的材料 。 光的折射 (refraction) 27 rrvcn 2. 光与固体的相互作用 Chromatic dispersion (Cd, 色散 )：材料的折射率随入射光的频率减小 (波长增加 )而减小的现象 均质材料 ：非晶态和立方晶
5、体，光速不因传播方向改变而改变，材料只有一个折射率 非均质材料 双折射 寻常光（ o光） : no 非常光（ e光） : ne 晶体光轴：不发生双折射的某一方向 局部电场 (外加电场 E+相邻原子偶极子电场 E)影响原子极化 (=Eloc), 极化越大，折射率越大。 光的折射 (refraction) 28 ddnCd应用于特殊光学器件 00 ddnCd2. 光与固体的相互作用 极化增大 极化减小 反射率 (reflectivity) R 比较复杂，与光的偏振方向有关。 垂直于入射面的偏振光 S波， Rs；平行于入射面的偏振光 P波， Rp： ：入射角； ：折射角 当光线垂直入射时， =0 表
6、明垂直入射时，光在界面上的反射率取决于两种介质的相对折射率 。 光的反射（ Reflection） 29 )(ta n )(ta n,)(sin )(sin 2222 ps RR光与固体的相互作用 22121212 12 11 nnnn nnRRR psn2、 n1相差越大，反射损失越严重 ! 全反射 光从折射率 n1较大的光密介质进入折射率 n2较小的光疏介质， n2Eg 400nm3.1 eV; 700nm1.8 eV, So: 1) Eg3.1 eV，不吸收可见光， 无色透明 2) Eg1.8 eV，吸收可见光， 不透明 3) Eg1.83.1 eV，部分吸收， 带色透明 光与固体的相互
7、作用 3.材料的光发射（ Luminescence） 光发射 光发射是材料以某种方式吸收能量后，将其转化为光能，即发射光子的过程。 平衡辐射 ：只与辐射体的温度和发射本领有关 加热 - 热辐射： 电子激发到高能级，跳回正常能级时发光 材料加热至不同温度时呈现不同颜色：升高温度，光子能量增加，波长减小，从紫外到可见光 非平衡辐射 ： 外界激发 - 冷光： 电子从价带进入导带，返回价带时发射光子） 固体发光的微观过程： 激发 激发态（非平衡态） 跃迁（陷落） 发射光子 材料发光性质与能量结构密切相关 34 35 光发射 激发方式： 1） 光致发光（ Photoluminescence） 光频波段电
8、磁波激发 2） 阴极射线发光（ Cathodoluminescence） 高能电子束或阴极射线轰击 3） 放射线发光（ Radioluminescence） 快速粒子或高能射线（ X、 、 、 或中子射线）轰击 4） 电致发光（ Electroluminesence） 电场或电流激发 跃迁方式： based on E （入射光波长） 1）一个能带内跃迁： 连续光谱 2）主壳层之间跃迁： 特征谱线 3）亚壳层（能带）之间跃迁： 单色光 材料的光发射（ Luminescence） 发射光谱 一定激发条件下，发射光强度按波长的分布 激发光谱 材料发射某一特定谱线的发光强度随激发光的波长而变化的曲线
9、发光寿命 激发停止后持续发光时间的长短 : 跃迁系数； ：余辉时间 发光效率 量子效率；功率效率；光度效率 发光性能评价 36 1,0 teII材料的光发射（ Luminescence） 2016/12/29 7 发光的物理机制 37 分立中心发光 发光中心为掺杂在透明基体材料中的离子或基体自身结构的某一个基团。 发光中心也受晶体点阵上离子的影响。 晶格场对发光离子的影响：影响光谱结构和光谱相对强度 调节光色： 选择发光中心和集体 复合发光 电子的跃迁涉及固体的能带 电子激发到导带时在价带留下空穴，电子空穴复合时以光的形式放出能量 光子能量 =禁带宽度 半导体 p-n结发光 : Si, Ge,
10、 GaAs 材料的光发射（ Luminescence） 荧光（ fluorescence ） 被激发的电子跳回价带，发射光子（激发去除后 10-8秒内） 磷光（ phosphorescence） 激发去除一定时间内材料仍能发光 含有杂质并在能隙附近建立施主能级。 激发的电子从导带跳回价带时，首先跳到施主能级并被捕获。当其从陷阱中逸出跳回价带时，发射光子。 冷光（ Luminescence ） 38 材料的光发射（ Luminescence） Electrooptic Effect (电光效应 )： 在外加电场作用下，介质折射率发生变化的现象。 n=n+aE+bE2+ n: 无外加电场时介质的折
11、射率， 一次电光效应（ Pockels effect） : n=n0-ne=n03E 二次电光效应（ Keer effect） : n=n0-ne=kE2 实质：外电场作用下，构成物质的分子产生极化，使分子的固有电矩发生变化，导致折射率发生变化。 用途：光调制器 3.耦合光学效应 39 ：介质电光系数 法拉第效应（ Faraday effect） 在磁场作用下，非旋光性物质显示出旋光性。 磁致旋光效应：磁场作用下，透射光在偏振面上旋转一定的角度： F=FL(M/Ms) F：法拉第系数 科顿 -莫顿效应 (Cotton-Mouton effect)： 在强磁场作用下，一些各向同性透明磁介质呈现出
12、双折射的现象。 n=n0-ne=KH2 K： 科顿 -莫顿常数 磁光效应 40 耦合光学效应 光与磁场中的物质，或光与铁磁性物质之间相互作用产生的光学现象。 克尔效应（ Kerr effect） ： 偏振光入射到磁介质表面时，反射光的偏振面发生偏转的现象。 偏转正比于磁化强度 ：测量局部磁性（回线） 光磁效应 ： 光照后磁性（磁化率、磁晶各向异性、磁滞回线）发生变化的现象。 例如：光使电子在二价和三价 Fe离子间转移 塞曼效应 ： 磁场下，发光物质光谱发生分裂 有待开发的领域 磁光效应 41 耦合光学效应 耦合光学效应 42 光弹效应 (Photoelastic effect) 对材料施加机械应力而引起的材料折射率变化。 应力改变晶格，改变材料极化率和折射率 ：应变； P：光弹系数 应用：光器件、光开光 声光效应 (Acoustooptic effect) 利用压电效应产生的超声波通过晶体时，引起折射率的变化 Pnnn 21222 111耦合光学效应 2016/12/29 8 43 Optical properties are important! The End Good Luck for Your Exam!
