2016材料的光学性能期末复习题

材料的光学性能部分复习题1、影响折射率n值的因素有哪些方面？1、构成材料元素的离子半径和电子结构；2、材料的结构、晶型和晶态；3、同质异构体；高温晶型折射率较低，低温晶型折射率较高。4、外界因素对折射率的影响；材料在机械应力、超声波、电场等的作用下，折射率发生变化。2、什么是光的吸收，材料对光的吸收受哪些因素的影响？产生光吸收的原因是什么？1)光吸收的基本概念：光波在介质中传播时，其强度随传播距离衰减的现象。2)材料对光的吸收受哪些因素的影响？光在材料中所经历的路程材料的性质光的波长3）产生光吸收的原因：光作为能量穿过材料时，引起了材料的价电子跃迁，或使原子振动而消耗能量。材料中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激时，在运动中与其他分子碰撞，电子的能量转变成分子的动能亦即热能，从而构成光能的衰减。3、产生光的散射的原因是什么？什么是弹性散射？弹性散射如何分类？1)光通过材料时，由于材料的不均匀性、微粒杂质等引起了光的散射,导致强度减弱。2)弹性散射：散射前后光的波长（或光子能量）不发生变化。3)弹性散射的分类廷德尔（Tyndall）散射：散射中心的尺度远大于光波的波长，散射光强与入射光波长无关。如：粉笔灰、白云等，对所有单色成分都有相同的散射能力。米氏（Mie）散射：散射中心的尺度与入射光波的波长可比拟。散射光强与入射光波长相关。瑞利（Rayleigh）散射:散射中心的尺度远小于入射光波的波长，散射光强与入射光波长的4次方成反比。4、材料光发射的激励方式有哪些？1、光致发光2、场致发光（电致发光）3、阴极射线致发光4、化学发光5、热致发光6、等离子发光5、几种常见光源的发光原理和发光效率6、发光特性的评价有哪几个方面？发光特性的评价：发射光谱、激发光谱、发光寿命等1)发射光谱•一定激发条件下发射光强按波长的分布。•发射光谱的形状与材料的能力结构有关。•宽谱带、连续谱带、线状谱带。•发射光谱的波长分布与吸收辐射的波长无关，仅与物质的性质和物质分子所处的环境有关。2)激发光谱•指发光的某一谱线或谱带的强度对激发波长（或频率）的变化。•反应的是不同波长的光激发材料的效果。3)发光寿命•发光体在激发停止后持续发光时间的长短（荧光寿命、余辉时间）。•余辉时间：I0——I0/107、什么是受激辐射？处于E2能级上的原子，在受到频率n正好满足hn=E2-E1的入射光子的作用时，有可能自所处E2能级跃迁到E1能级，并辐射一个同频率的光子。说明：①与自发辐射不同，受激辐射光子与入射光子具有相同的模式，即同频率、同相位、同偏振态，因而是相干的。②受激辐射与受激吸收互为逆过程，两者同时发生，同时存在。8、产生激光的必备条件，激光（振荡器）器的基本组成及各部分的用途（1）要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数；（2）有一个合适的谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生，从而产生激光震荡；（3）要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。1)实现激光发射的两个必备条件：受激辐射的产生和放大。2)激光振荡器的主要组成：增益介质激励源光学谐振腔增益介质的作用：激光器中产生受激辐射的物质，是激光器的核心——放大入射光。激励源的作用：供给增益介质能量，以使其中处于基态的粒子获得一定能量后被抽运到高能态，形成两个能级上的粒子数布居反转。光学谐振腔的作用：①实现光的正反馈②对输出光束的波长进行选择——高度单色性③使输出光束的定向——高度方向性说明：仅有激励源、增益介质和光学谐振腔还不一定能输出激光。只有使受激辐射的增益大于其损耗，才能使受激辐射在谐振腔内来回反射时，强度不断增大，最后输出激光。9、什么叫泡克耳斯Pockels效应？什么叫克尔效应（kerr）？电光效应有哪些应用？1)泡克耳斯效应——线性电光效应•定义：某些各向异性介质（如单轴晶体）由于外场作用而引起的双折射率变化现象•特点：发生于无对称中心的晶体中，与克尔效应类似，响应时间极快，且可随外场的消失而消失。•感应双折射率差：正比于外电场的一次方——线性电光效应。•常用材料：KDP、ADP、LiNbO3、BaTiO3等。2)克尔效应——二次电光效应（非线性电光效应）•定义：某些各向同性介质因外电场的作用而引起的的光学各向异性现象。•特点：响应时间极快（10-9s量级），且随外场的消失而消失。•对于单向电场，介质呈现单轴晶体特性，光轴方向沿外电场作用方向。•双折射率差：•n⊥，n//：介质对振动方向平行和垂直于作用电场方向的线偏振光的折射率，分别相当于单轴晶体中的no和ne；l0：真空中波长；Kr：克尔系数；E：作用外电场强度。•常用克尔介质：苯、二硫化碳、三氯甲烷、水、硝基甲苯、硝基苯等。3)应用：高速光开关、光调制器10、光纤的分类①按纤芯介质分：均匀光纤，非均匀光纤。②按传输特性分：单模光纤，多模光纤。说明：单模光纤中各层介质折射率均匀分布，多模光纤各层介质折射率可以是均匀分布（阶跃型），也可以是纤芯介质折射率呈渐变分布（梯度折射率型）。11、光生伏特效应太阳能电池：p－n结的光生伏特效应•太阳能电池：将太阳光能转化为电能的半导体装置。•当具有p－n结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，p区的电子移到n区，n区的空穴移到p区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。•如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。•界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。2r0//EKnn