固体的光学性质和光材料.pptx

1固体对光的吸收与光电转换材料11固体光吸收的本质导带价带能隙（禁带）基础吸收基础吸收或固有吸收固有吸收 固体中电子的能带结构，绝缘体和半导体的能带结构如图1.1所示，其中价带相当于阴离子的价电子层，完全被电子填满。导带和价带之间存在一定宽度的能隙（禁带），在能隙中不能存在电子的能级。这样，在固体受到光辐射时，如果辐射光子的能量不足以使电子由价带跃迁至导带，那么晶体就不会激发，也不会发生对光的吸收。例如，离子晶体的能隙宽度一般为几个电子伏，相当于紫外光的能量。因此，纯净的理想离子晶体对可见光以至红外区的光辐射，都不会发生光吸收，都是透明的。碱金属卤化物晶体对电磁波透明的波长可以由25m到250nm，相当于0.055ev的能量。当有足够强的辐射（如紫光）照射离子晶体时，价带中的电子就有可能被激发跨过能隙，进入导带，这样就发生了光吸收。这种与电这种与电子由价带到导带的跃迁相关的光吸收，称作基础吸收或子由价带到导带的跃迁相关的光吸收，称作基础吸收或固有吸收。固有吸收。例如，CaF2的基础吸收带在200nm(约6ev)附近，NaCl的基础吸收约为8ev，Al2O3的基础吸收约在9ev。导带价带能隙(禁带）激子能级激子吸收除除了了基基础础吸吸收收以以外外，还还有有一一类类吸吸收收，其其能能量量低低于于能能隙隙宽宽度度，它它对对应应于于电电子子由由价价带带向向稍稍低低于于导导带带底底处处的的的的能能级级的的跃跃迁迁有有关关。这这些些能能级级可可以以看看作作是是一一些些电电子子-空空穴穴（或或叫叫做做激激子子，excition）的激发能级。的激发能级。缺陷存在时晶体的光吸收晶晶晶晶体体体体的的的的缺缺缺缺陷陷陷陷有有有有本本本本征征征征的的的的，如如如如填填填填隙隙隙隙原原原原子子子子和和和和空空空空位位位位，也也也也有有有有非非非非本本本本征征征征的的的的，如如如如替替替替代代代代杂杂杂杂质质质质等等等等。这这这这些些些些缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的能能能能级级级级定定定定于于于于在在在在价价价价带带带带和和和和导导导导带带带带之之之之间间间间的的的的能能能能隙隙隙隙之之之之中中中中。当当当当材材材材料料料料受受受受到到到到光光光光照照照照时时时时，受受受受主主主主缺缺缺缺陷陷陷陷能能能能级级级级接接接接受受受受价价价价带带带带迁迁迁迁移移移移来来来来的的的的电电电电子子子子，而而而而施施施施主主主主能能能能级级级级上上上上的的的的电电电电子子子子可可可可以以以以向向向向导导导导带带带带迁迁迁迁移移移移，这这这这样样样样就就就就使使使使原原原原本本本本不不不不能能能能发发发发生生生生基基基基础础础础吸吸吸吸收收收收的的的的物物物物质质质质由由由由于缺陷存在而发生光吸收。于缺陷存在而发生光吸收。于缺陷存在而发生光吸收。于缺陷存在而发生光吸收。CV过过程程 在在高高温温下下发发生生的的电电子由价带向导带的跃迁。子由价带向导带的跃迁。EV过过程程 这这是是激激子子衰衰变变过过程程。这这种种过过程程只只发发生生在在高高纯纯半半导导体体和和低低温温下下，这这时时KT不不大大于于激激子子的的结结合合能能。可可能能存存在在两两种种明明确确的的衰衰变变过过程程：自自由由激激子子的的衰衰变变和和束束缚缚在在杂杂质质上上的的激激子的衰变。子的衰变。DV过过程程 这这一一过过程程中中，松松弛弛的的束束缚缚在在中中性性杂杂质质上上的的电电子子和和一一个个价价带带中中的的空空穴穴复复合合，相相应应跃跃迁迁能能量量是是EgED。例例如如对对GaAs来来说说，低低温温下下的的Eg为为 1.1592ev，许许 多多 杂杂 质质 的的 ED为为 0.006ev，所所 以以 DV跃跃 迁迁 应应 发发 生生 在在1.5132ev处处。因因此此，发发光光光光谱谱中中在在1.5132ev处处出出现现的的谱谱线线应应归归属属于于这这种种跃跃迁迁。具具有有较较大大的的理理化化能能的的施施主主杂杂质质所所发发生生的的DV跃跃迁迁应应当当低低于于能能隙隙很很多多，这就是深施主杂质跃迁这就是深施主杂质跃迁DDV过程过程。CA过过程程 本本征征半半导导体体导导带带中中的的一一个个电电子子落落在在受受主主杂杂质质原原子子上上，并并使使受受主主杂杂质质原原子子电电离离化化，这这个个过过程程的的能能量量为为EgEA。例例如如对对GaAs来来说说，许许多多受受主主杂杂质质的的EA为为0.03ev，所所以以CA过过程程应应发发生生在在1.49ev处处。实实际际上上，在在GaAs的的发发光光光光谱谱中中，已已观观察察到到1.49ev处处的的弱弱发发光光谱谱线线，它它应应当当归归属属于于自自由由电电子子-中中性性受受主主杂杂质质跃跃迁迁。导导带带电电子子向向深深受受主主杂杂质质上上的的跃迁，其能量小于能隙很多，这就是深受主杂质跃迁跃迁，其能量小于能隙很多，这就是深受主杂质跃迁CDA过程过程。DA过过程程如如果果同同一一半半导导体体材材料料中中，施施主主和和受受主主杂杂质质同同时时存存在在，那那么么可可能能发发生生中中性性施施主主杂杂质质给给出出一一个个电电子子跃跃迁迁到到受受主主杂杂质质上上的的过过程程，这这就就是是DA过过程程.。发发生生跃跃迁迁后后，施施主主和和受受主主杂杂质质都都电电离离了了，它它们们之之间间的的结合能为：结合能为：Eb=-e2/4Kr 该过程的能量为：该过程的能量为：EgEDEAEb。1.2 无机离子固体的光吸收无机离子固体的光吸收无无机机离离子子固固体体的的禁禁带带宽宽度度较较大大，一一般般为为几几个个电电子子伏伏特特，相相当当于于紫紫外外光光区区的的能能量量。因因此此，当当可可见见光光以以至至红红外外光光辐辐照照晶晶体体时时，如如此此的的能能量量不不足足以以使使其其电电子子越越过过能能隙隙，由由价价带带跃跃迁迁至至导导带带。所所以以，晶晶体体不不会会被被激激发发，也也不不会会发发生生光光的的吸吸收收，晶晶体体都都是是透透明明的的。而而当当紫紫外外光光辐辐照照晶晶体体时时，就就会会发发生生光光的的吸收，晶体变得不透明。禁带宽度吸收，晶体变得不透明。禁带宽度Eg和吸收波长和吸收波长的关系为的关系为Eg =h=hc/1.2=hc/Eg 1.3式中式中h为普朗克常数为普朗克常数6.6310-34 Js，c为光速。为光速。然然而而，在在无无机机离离子子晶晶体体中中引引入入杂杂质质离离子子后后，杂杂质质缺缺陷陷能能级级和和价价带带能能级级之之间间会会发发生生电电子子-空空穴穴复复合合过过程程，其其相相应应的的能能量量就就会会小小于于间间带带宽宽度度Eg，往往落在可见光区，结果发生固体的光吸收。往往落在可见光区，结果发生固体的光吸收。例例如如，Al2O3晶晶体体中中Al3+和和O2-离离子子以以静静电电引引力力作作用用，按按照照六六方方密密堆堆方方式式结结合合在在一一起起，Al3+和和O2-离离子子的的基基态态能能级级为为填填满满电电子子的的的的封封闭闭电电子子壳壳层层，其能隙为其能隙为9ev，它不可能吸收可见光，所以是透明的，它不可能吸收可见光，所以是透明的。如如果果在在其其中中掺掺入入0.1%的的Cr3+时时，晶晶体体呈呈粉粉红红色色，掺掺入入1%的的Cr3+时时，晶晶体体呈呈深深红红色色，此此即即红红宝宝石石，可可以以吸吸收收可可见见光光，并并发发出出荧荧光光。这这是是由由于于掺掺入入的的Cr3+离离子子具具有有填填满满电电子子的的壳壳层层，在在Al2O3晶晶体体中中造造成成了了一一部部分分较较低低的的激激发发态态能能级级，可可以以吸吸收收可可见见光光。实实际际上上，该该材材料料就就是是典典型型的的激激光材料。光材料。图4离子晶体的各种吸收光谱示意1.3半导体的光吸收和光导电现象1.本征半导体的光吸收本征半导体的电子能带结构与绝缘体类似，全部电子充填在价带，且为全满，而导带中没有电子，只是价带和导带之间的能隙较小，约为1ev。在极低温度下，电子全部处在价带中，不会沿任何方向运动，是绝缘体，其光学性质也和前述的绝缘体一样。当温度升高，一些电子可能获得充分的能量而跨过能隙，跃迁到原本空的导带中。这时价带中出现空能级，导带中出现电子，如果外加电场就会产生导电现象。因此，室温下半导体材料的禁带宽度决定材料的性质。本征半导体的光吸收和发光，一般说来都源于电子跨越能隙的跃迁，即直接接接接跃跃跃跃迁迁迁迁。价价价价带带带带中中中中的的的的电电电电子子子子吸吸吸吸收收收收一一一一定定定定波波波波长长长长的的的的可可可可见见见见光光光光或或或或近近近近红红红红外外外外光光光光可可可可以以以以相相相相互互互互脱脱脱脱离离离离而而而而自自自自行行行行漂漂漂漂移移移移，并并并并参参参参与与与与导导导导电电电电，即即即即产产产产生生生生所所所所谓谓谓谓光光光光导导导导电电电电现现现现象象象象。当当当当导导导导带带带带中中中中的的的的一一一一个个个个电电电电子子子子与与与与价价价价带带带带中中中中的的的的一一一一个个个个空空空空穴穴穴穴复复复复合合合合时时时时，就就就就会会会会发发发发射射射射出出出出可可可可见见见见光光光光的的的的光光光光子子子子，这这这这就就就就是是是是所所所所谓谓谓谓光光光光致发光现象致发光现象致发光现象致发光现象。2.非本征半导体的光吸收掺掺掺掺入入入入半半半半导导导导体体体体的的的的杂杂杂杂质质质质有有有有三三三三类类类类：施施施施主主主主杂杂杂杂质质质质、受受受受主主主主杂杂杂杂质质质质和和和和等等等等电电电电子子子子杂杂杂杂质质质质。这这这这些些些些杂杂杂杂质质质质的的的的能能能能级级级级定定定定域域域域在在在在能能能能隙隙隙隙中中中中，就就就就构构构构成成成成了了了了图图图图1.31.3所所所所示示示示的的的的各各各各种种种种光光光光吸吸吸吸收收收收跃跃跃跃迁迁迁迁方方方方式式式式。等等等等电电电电子子子子杂杂杂杂质质质质的的的的存存存存在在在在可可可可能能能能成成成成为为为为电电电电子子子子和和和和空空空空穴穴穴穴复复复复合合合合的的的的中中中中心心心心，会会会会对对对对材材材材料料料料的的的的发发发发光光光光产产产产生生生生影影影影响响响响，单单单单独独独独的的的的施施施施主主主主和和和和受受受受主主主主杂杂杂杂质质质质不不不不会会会会影影影影响响响响到到到到材材材材料料料料的的的的光光光光学学学学性性性性质质质质。这这这这是是是是因因因因为为为为只只只只有有有有当当当当激激激激发发发发态态态态电电电电子子子子越越越越过过过过能能能能隙隙隙隙与与与与空空空空穴穴穴穴复复复复合合合合时时时时，才才才才会会会会发发发发生生生生半半半半导导导导体体体体的的的的发发发发光光光光。譬譬譬譬如如如如，n n型型型型半半半半导导导导体体体体可可可可以以以以向向向向导导导导带带带带提提提提供供供供足足足足够够够够的的的的电电电电子子子子，但但但但在在在在价价价价带带带带中中中中没没没没有有有有空空空空穴穴穴穴，因因因因此此此此不不不不会会会会发发发发光光光光。同同同同样样样样，p p型型型型半半半半导导导导体体体体价价价价带带带带中中中中有有有有空空空空穴穴穴穴，但但但但其其其其导导导导带带带带中中中中却却却却没没没没有有有有电电电电子子子子，因因因因此此此此也也也也不不不不会会会会发发发发光光光光。如如如如果果果果将将将将n n型型型型半半半半导导导导体体体体和和和和p p型型型型半半半半导导导导体体体体结结结结合合合合在在在在一一一一起起起起形形形形成成成成一一一一个个个个p-p-n n结结结结，那那那那么么么么可可可可以以以以在在在在p-np-n结结结结处处处处促促促促使使使使激激激激发发发发态态态态电电电电子子子子（来来来来自自自自n n型型型型半半半半导导导导体体体体导导导导带带带带）和和和和空空空空穴穴穴穴（来来来来自自自自p p型型型型半半半半导导导导体体体体价价价价带带带带）复复复复合合合合。我我我我们们们们在在在在p-np-n结结结结处处处处施施施施加加加加一一一一个个个个正正正正偏偏偏偏向向向向压压压压，可可可可以以以以将将将将n n区区区区的的的的导导导导带带带带电电电电子子子子注注注注入入入入到到到到p p区区区区的的的的价价价价带带带带中中中中，在在在在那那那那里里里里与与与与空空空空穴穴穴穴复复复复合合合合，从从从从而而而而产产产产生生生生光子辐射。光子辐射。光子辐射。光子辐射。P-N结处存在电势差Uo。也阻止N区带负电的电子进一步向P区扩散。它阻止P区带正电的空穴进一步向N区扩散；电势曲线电子能级U0考虑到P-结的存在，半导体中电子的能量应考虑进这内建场带来的电子附加势能。电子的能带出现弯曲现象。电子电势能曲线P-N结空带空带P-N结施主能级受主能级满带满带-结的单向导电性.正向偏压在-结的p型区接电源正极，叫正向偏压。p型型n型型I阻挡层势垒被削弱、变窄，有利于空穴向N区运动，电子向P区运动，形成正向电流（m级）。外加正向电压越大，正向电流也越大，而且是呈非线性的伏安特性(图为锗管)。V（伏）（毫安）正向00.21.0I2.反向偏压在-结的型区接电源负极,叫反向偏压。p型型n型型I阻挡层势垒增大、变宽，不利于空穴向区运动，也不利于电子向P区运动,没有正向电流。但是，由于少数载流子的存在，会形成很弱的反向电流，称为漏电流（级）。击穿电压V(伏)I-（微安）反向-20-30当外电场很强,反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增大-反向击穿。利用P-N结可以作成具有整流、开关等作用的晶体二极管（diode）。3.光导电现象在在晶晶体体对对光光的的基基础础吸吸收收中中，同同时时会会产产生生电电子子和和空空穴穴成成为为载载流流子子，对对晶晶体体的的电电导导作作出出贡贡献献。在在晶晶体体的的杂杂质质吸吸收收中中，激激发发到到导导带带中中的的电电子子可可以以参参与与导导电电，但但留留下下来来的的空空穴穴被被束束缚缚在在杂杂质质中中心心，不不能能参参与与导导电电。这这样样的的空空穴穴俘俘获获邻邻近近的的电电子子而而复复合合。当当价价带带电电子子受受光光激激发发到到杂杂质质中中心心时时，价价带带中中产产生生的的空空穴穴可可以以参参与与导导电电。图图1.6表表示示光光导导电电晶晶体体中中载载流流子子的的生生成成和和消消失失:（a）表表示示电电子子和和空空穴穴的的生生成成，（b）表表示示电电子子和和空空穴穴的的复复合合，（c）表表示示晶晶体体的的禁禁带中存在陷阱及其载流子的生成。带中存在陷阱及其载流子的生成。图6光导电晶体中载流子的生成和消失绝缘体半导体导体一一.电子和空穴电子和空穴 本征半导体是指纯净的半导体。本征半导体的导电性能在导体与绝缘体之间。介绍两个概念：1.电子导电半导体的载流子是电子2.空穴导电半导体的载流子是空穴满带上的一个电子跃迁到空带后,满带中出现一个空位。满 带例.半导体CdS空 带hEg=2.42eV这相当于产生了一个带正电的粒子(称为“空穴”),把电子抵消了。电子和空穴总是成对出现的。空带满带空穴下面能级上的电子可以跃迁到空穴上来,这相当于空穴向下跃迁。满带上带正电的空穴向下跃迁也是形成电流,这称为空穴导电。Eg在外电场作用下,解上例中,半导体CdS激发电子,光波的波长最大多长？图1.7AgBr的光导电流随电压的变化（-185，照射光波长546nm，强度6.51010个光子/秒）当电场强度一定时，改变光的强度会对光导电流产生影响。一般地，光导电流强度与光强成正比变化。图7AgBr的光导电流随电压的变化光辐射激发产生的载流子，一方面在负荷中心消失掉，另一方面在电场作用下可以移动一段距离后，再被陷阱俘获。如果外电场强度大，则载流子再被陷阱所俘获之前在晶体中飘移的距离长、光电流强，但会有一个饱和值（即初级光电流的最大值），图1.7为AgBr的情况。2固体的发光和发光材料2.1发光概论1激发源和发光材料分类发光（Luminescence）一般用来描述某些固体材料由于吸收能量而随之发生的发射光现象。发光可以以激发光源类型的不同划分为如下发光类型：光致发光（Photoluminescence）：以光子或光为激发光源，常用的有紫外光作激发源。电致发光（Electroluminescence）：以电能作激发源。阴极致发光（Cathodoluminescence）：使用阴极射线或电子束为激发源。2发光材料的特性一般而言，对发光材料的特性有三个要求：发发光光材材料料的的颜颜色色 发光材料有彼此不同的颜色。发光材料的颜色可通过不同方法来表征。颜色的单色性颜色的单色性从材料的发射光谱来看，发射谱峰的宽窄也是发光材料的重要特性，谱峰越窄，发光材料的单色性越好，反之亦然。我们将谱峰1/2高度时缝的宽度称作半宽度。如图10所示。依照发射峰的半宽度可将发光材料还分为3种类型：宽带材料：半宽度100nm，如CaWO4；窄带材料：半宽度50nm，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+；线谱材料：半宽度0.1nm，如GdVO4)：Eu3+；图10发射峰的半宽度发光材料究竟属于哪一类，既与基质有关，又与杂质有关。例如，将Eu2+掺杂在不同的基质中，可以得到上述3种类型的发光材料，而且随着基质的改变，发光的颜色也可以改变。半宽度 发光效率发光效率 发光材料的另一个重要特性是其发光强度，发光强度也随激发强度而改变。通常用发光效率来表征材料的发光本领，有3种表示方法：量子效率发射物质辐射的量子数N发光与激发光源输入的量子数N吸收（如果是光致发光则是光子数；如系电子发光，则是电子数。余类推。）的比值：B量子=N发光/N吸收能量效率发光能量与激发源输入能量之间的比值B量子=E发光/E吸收如果是光致发光，又与E=h，所以能量效率还可以表示如下：B量子=E发光/E吸收=h发光/h吸收=发光/吸收光度效率发光的流明数与激发源输入流明数的比值：B量子=光度发光/光度吸收余辉余辉发光材料的一个重要特性是它的发光持续时间。依发光持续时间，我们可应将发光区分为荧光和磷光：荧光（Fluorescence）：激发和发射两个过程之间的间隙极短，约为10-8秒。只要光源一离开，荧光就会消失。磷光（Phosphorescence）：在激发源离开后，发光还会持续较长的时间。还可以用余辉来表示物质发光的持续时间。余辉的定义为：当当激激发发光光停停止止时时的的发发光光亮亮度度（或或强强度度）J0衰衰减减到到J0的的10%时时，所所经经历历的的时时间间称称为余辉时间，简称余辉。为余辉时间，简称余辉。根据余辉可将发光材料分为六个范围：极短余辉极短余辉 1s22荧光和磷光1光致发光材料的基本组成光致发光材料一般需要一种基质晶体结构，例如ZnS、CaWO4和Zn2SiO4等，在掺入少量的诸如Mn2+、Sn2+、Pb2+、Eu2+那样的阳离子。这些阳离子往往是发光活性中心，称作激活剂（Activators）。有时还需要掺入第2类型的杂质阳离子，称作敏活剂（Sensitizer）。图12说明一般荧光体和磷光体的发光机制。一般说来，发光固体吸收了激活辐射的能量h，发射出能量为h的光，而总小于，即发射光波长比激活光的波长要增大。这种效应称作斯托克位移（Stokesshift）。具有这种性质的磷光体称作斯托克磷光体。(a)(b)图12荧光体和磷光体的发光机制(a)多级激活机制(b)合作激活机制图13反斯托克发光的多级激活和合作激活机制多级激活机制，激活剂可以逐个接受敏活剂提供的光子，激发到较高的能级；合作激活机制，激活剂可以接受敏活剂提供的2个光子，激发到较高的能级。2.典型荧光和磷光材料 日日光光用用磷磷光光材材料料日光灯是磷光材料的最重要应用之一。激发源是汞放电产生的紫外光，磷光材料吸收这种紫外光，发出“白色光”。图14绘出了荧光灯的构造示意图，它由一个内壁涂有磷光体的玻璃管内充有汞蒸气和氩气构成。通电后，汞原子受到灯丝发出电子的轰击，被激发到较高能态。当它返回到基态时便发出波长为254和185nm的紫外光，涂在灯管内壁的磷光体受到这种光辐照，就随之发出白光。这里我们说的是低压汞灯，还有高压汞灯，但原理都一样。Hg白光玻璃壳磷光体料涂层185nm254nm图14日光灯的构造示意图在荧光灯中广泛应用的磷光体材料是双重掺杂了Sb3+和Eu2+的磷灰石。基质Ca5(PO4)3F中掺入Sb3+发蓝荧光，掺入Mn2+后发桔黄色光，两者都掺入发出近似白色光。用氯离子部分取代氟磷灰石中氟离子，可以改变发射光谱的波长分布。这是由于基质变化改变了激活剂离子的能级，也就改变了其发射光谱波长。以这种方式小心控制组成比例，可以获得较佳的荧光颜色。表5.1给出了某些灯用磷光体。近年来发展了稀土“三基色”灯用荧光材料。表1某些灯用磷光体磷光体激活剂颜色Zn2SiO4Mn绿色Y2O3Eu红色CaMg(SiO3)2透辉石Tl蓝色CaSiO3硅灰石Pb,Mn黄桔色(Sr,Zn)(PO4)2Sn桔色Ca(PO4)2Ca(Cl,F)2Sn,Mn“白色”显显示示用用荧荧光光材材料料 电视机和计算机显示器等使用的荧光材料，就是阴极射线致发光材料，是以电子束为激发源。显象管用荧光材料要求必须具有足够高的发光亮度；余辉时间要求足够短，在电流密度为0.2Acm-2情况下，激发停止后经过40s，发光亮度对初始亮度的比值为0.60.8，可见发光效率足够高；最后从工艺上还要求严格的颗粒度。这类材料又依黑白和彩色显像管分为“白色”发光材料和彩色发光材料。(1)“白色”发光材料最早研究“白色”发光材料是一类单一组分的材料，主要有ZnSCdS:Ag,Au和ZnSCdS:P,As，但其效率低，没有得到实际的应用，后来又研制了硫氧化合物材料。目前广泛使用的是复合成分材料，例如：国产y7材料（Zn,Cd）S:Ag发黄色光光谱峰值560nm国产y8材料ZnS:Ag发蓝色光光谱峰值453nm国产y26材料y7+y8发白色光光谱峰值455nm,558nm还开发出硅酸盐和硫氧化物材料，如:发黄色光材料（Zn,Be）2SiO4:Mn和发蓝色光材料（Ca,Mg）SiO3:Ti等。（2）彩色发光材料彩色电视机显像管用发光材料有红、绿、蓝三种成分组成。在阴极射线发光材料中，几年来发展极快、具有前途的一类材料是稀土型发光材料。稀土型材料既能承担激活剂的作用，也能作为发光材料的基质，而且具有极短余辉、颜色饱和度和性能稳定的特点，并且能够在高密度电子流激发下使用，因此在彩电显像管中得到广泛使用。在稀土发光材料中，作为材料基质较好的有红色钒酸盐YVO4：Eu、Y2O3:Eu及Y2O3S:Eu等。3价稀土离子Tb3+、Ho3+、Er3+作为激活剂可以制得发绿光的材料，譬如YVO4：Er、YVO4：Ho、YVO4：Tb及Y2O3S:Eu,Tb等。稀土蓝色材料一直研究较少，其原因在于以用于彩色显像管蓝色材料ZnS:Ag，目前还最好的。现在研制的YVO4：Tm等，尽管其辐射光当量几乎比ZnS:Ag大两倍，但能量效率非常低，并且色坐标不如后者。还开发有Eu2+作为激活剂的硼酸锶、硼酸钙、锶的固溶体以及硼磷酸钙、锶、钡等发蓝色光的材料，其中效率较高的是Sr3(PO4)2:Eu。表2彩色显像管用发光材料示例颜色组成色度主峰波长（nm）能量效率（%）10%余辉xy红Zn3(PO4)2:Mn0.6650.3356636.727ms（Zn,Cd）S:Ag0.6650.33667016.0YVO4：Eu0.6640.3306207.11-3msY2O3:Eu0.6400.3526108.71-3msY2O3S:Eu0.6480.34462613.00.5-2ms绿Zn2SiO4:Mn0.2180.7125257.425ms（Zn,Cd）S:Ag0.3000.60053519.80.05-2ms（Zn,Cd）S:Al0.3570.59653518.415-30sZnS:Cu,Al0.2430.63353021.815-30sZnS:Cu,Au,Al0.3320.60253515-30s蓝ZnS:,Ag0.1460.05745020.45-15s2.3激光材料激 光 器 简 称 莱 塞（Laser）是 英 文“Light amplification by stimulatedemissionofradiation”首写字母的缩写，意为受激发射光放大器。激光器发射的光就是激光，它有3大特点：（1）亮度极高，比太阳的亮度可高几十亿倍；（2）单色性好，谱线宽度与单色性最好的氪同位素16Kr灯发出的光相比，也只是后者的十万分之一；（3）方向性好，光束的散射角可达到毫弧度。激光束可用于加工高熔点材料，也可用于医疗、精密计量、测距、全息检测、农作物育种、同位素分离、催化、信息处理、引发核聚变、大气污染监测以及基本科学研究各方面，有力地促进了物理、化学、生物、信息等诸多学科的发展。激光器按其工作物质可以还分为固体激光器、气体激光器和液体染料激光器。可见，激光工作物质对激光器的发展起着决定性的作用。而固体激光晶体的研究和发展是固体化学的一个重要领域。3非线性光学材料光与围绕离子的电荷分布的相互作用产生了电子云的微扰。当光强度相对低时，产生了极化，单位体积中电子云或偶极矩的变动P，正比于光波的电场强度E，即PE式中，是线性光化率，它是材料折光率的函数。对于对称性低于四方晶系的晶体材料，需要3个值来定义不同晶格方向的光化率。激光产生非常强的电场，并且产生非线性光学效应，这样P的表达式必须修饰为：P(1)E(2)E2(3)E3式中，(2)和(3)是常数，分别是二阶和三阶线性光化率。涉及(2)的第二项对应于具有激光撞击的半波长，产生二阶哈密顿辐射。大的(2)值表示这一材料能产生这一频率的高能级双辐射。为了比较不同的材料，常常以磷酸二氢钾KH2PO4的值(2)1作为相对标准，来取各个材料的值(2)。因为对于值来说，具有低对称性的材料，不同的晶体方向具有不同的(2)。非线性光学晶体一般是绝缘体，对于激光是透明的。非线性光学效应发生在那些具有非对称中心的材料上，并且它们具有高度可极化性、也是具有高折射率的晶体。许多非线性光学晶体可通过引入如铁电材料的离子来扩展其可极化性。LiNbO3和KTiOPO4是两个重要的非线性光学材料。铌酸锂的结构：具有ABO3计量式的铌酸锂并不采取钙钛矿型结构。Li和Nb5两个离子的半径太相近了，以致于它们不符合钙钛矿结构，减小到一个很小的容限因子。另外，锂原子通常占位具有低的配为数4或6。图15绘出了LiNbO3采取的结构，其中锂离子由6个氧原子配位，并且它在八面体位置里有一定错位，因而LiNbO3具有铁电性。LiNbO3还是一种电光调制材料，这是由于当外加电场时，使得锂离子位置迁移，材料的折光系数就变化了的缘故。图15LiNbO3结构KTiOPO4具有如图16所示的结构，其结构由TiO6八面体和PO4四面体连接而成，钾离子占据其中的孔隙位置。在铁电相中，钾离子偏离所在的空隙中心，产生了高度的偶极子。这一材料也具有高的折射率。这些性质的综合产生了高达15（KH2PO41）的(2)值，并且钛氧磷酸钾已被很快发展成为非线性光学材料。图16KTiOPO4的结构：TiO6八面体和PO4四面体连接形成网络，钾离子占据其中的孔隙位置（圆圈）