功能材料

材料导论1几种主要的激光晶体3、掺铬铝酸铍晶体（Cr3+:BeAl2O4）在金绿宝石(BeAl2O4)中掺入少量的Cr3+离子的激光晶体。又称紫翠宝石，其天然矿石是一种珍贵的装饰宝石。特点：最早商品化的室温可调谐激光晶体(700-830nm)6.5.1激光材料材料导论2（2）激光玻璃激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料硅酸盐激光玻璃、磷酸盐激光玻璃、氟磷酸盐激光玻璃、氟化物激光玻璃掺钕磷酸盐激光玻璃掺钕磷酸盐激光玻璃掺铒磷酸盐激光玻璃材料导论36.5.2声光材料(1)声光效应(2)声光晶体(3)声光玻璃(4)声光材料的应用材料导论4(1)声光效应声光效应：超声波（弹性波）使介质的光学性质，如折射率引起周期性变化，形成折射率光栅，并使通过折射率光栅的光的传播方向发生变化的一种物理效应。声光材料性能要求：声光衍射效率高，声损耗和光损耗低材料导论5（2）声光材料声光晶体材料1）二氧化碲：a-TeO22）钼酸铅：（PbMoO4,PM）晶体3）硅酸铋：（Bi12SiO20,BSO）晶体4）锗酸铋：（Bi12GeO20,BGO）晶体声光玻璃材料1）融石英玻璃纯SiO2玻璃2）各种重火石玻璃3）硫系玻璃4）单质半导体玻璃材料导论6(3)声光材料的应用声光器件组成：高频电信号发生器超声波换能器声光介质及声波吸收材料。基本功能：强度调制偏转方向控制光频（波长）移动光频滤波声光器件的结构材料导论76.5.3光导纤维（光纤）(1)光纤的构成与分类(2)光纤的传输损耗与失真(3)光纤材料及其制造(4)光纤的应用材料导论8(1)光纤的构成与分类光纤的构成：由三部分构成：芯部、包覆层和保护套。芯部：非晶态的SiO2、掺杂GeO2、P2O5等，根据设计变化成分获得必要的折射率。包覆层：由高硅玻璃构成，折射率与芯部材料匹配，以改善强度，降低污染，减少光的散射损失。保护套：由尼龙等高强度材料制成，其折射率高于包覆层。材料导论9光在光纤中传播的几何模型(1)光纤的构成与分类材料导论10(1)光纤的构成与分类光纤的分类：按芯部折射率变化分：突变（阶跃）光纤渐变（梯度）光纤按光纤中传播模式分：单模光纤多模光纤按材料种类分：玻璃光纤塑料光纤红外光纤材料导论11(2)光纤的传输损耗和失真损耗机制吸收：光与光纤本身和光纤中的杂质相互作用的结果散射：纤维的组织结构不完整性引起光偏离传播方向，逸出光导纤维损耗程度1972年4dB/km，1976年1.6dB/km降低损耗方法：将波长从1mm提高到1.6mm，损耗降至0.2dB/km材料导论12(2)光纤的传输损耗和失真时延失真当光脉冲在光纤中传播时，脉冲时间可能扩展，这种现象称为时延失真(DelayDistortion)，有时称为色散。降低方法使用渐变型光纤(gradedindexfiber)；减小光纤径芯采用激光光源材料导论13(3)光纤的制造损耗小于5dB/km的低损光纤是使用极纯的玻璃材料并用先进的拉纤技术制备的。第一步制备极纯的玻璃预制件；第二步从预制件拉出光纤。材料导论14(3)光纤的制造MCVD法制备预制件材料导论15(4)光纤的应用光纤的优点：传输容量大，一个低损耗窗口可容纳上百万个6MHz带宽的电视通道或几千万条数字话路的电话信号传输损耗低，可以做到几十公里无中继；光的传输过程中无电磁辐射，不受电磁干扰，保密性好抗腐蚀性明显优于金属两大领域：光纤的应用分为民用和军用两大分支：从技术上分为光纤通信和光纤传感材料导论16光纤用量1990年美国光纤敷设量724×104km，日本为164×104km。每平方公里国土占有光纤：美国770m,日本4350m人均占有光纤：美国31.8m,日本13.8m，1995年世界平均15.5m1996年，世界光纤用量2615×104km，相当于1993年底以前的总和(4)光纤的应用材料导论17民用长途通信干线：公用通信网络，是信息高速公路的基础综合局域网：计算机光纤联网形成高速数据网有线电视网(4)光纤的应用材料导论18军用美国80年代中期开始用光纤技术装备部队虽不是具有直接杀伤力的武器，但大大扩展了现代作战系统的时域、空域和频域，大大提高了发现、跟踪、识别、命中和通信能力，使武器装备的快速反应能力和战时生存能力以及战场整体指挥效能均呈几倍或几个数量级地提高。光纤的应用已成为现代电子战和高技术兵器发展的趋势，是赢得一场大纵深、全天时、地空一体化、各类软硬武器相结合的现代战争的重要技术基础。(4)光纤的应用材料导论20军用雷达系统使用工作在1×1010Hz的铜波导，每公里损耗达120dB，光纤工作在几十千兆时，损耗只有1~2dB/km。使用电缆或金属波导，天线和控制中心之间只能有几米到几十米的距离，而使用光纤，可使天线和指挥中心距离在10km以上，而且可以发展成双基地或多基地雷达。(4)光纤的应用材料导论21光纤传感的智能结构和智能蒙皮用于机翼、飞机、潜艇、坦克构架等，可实时、分布测量结构载荷、震动幅度、应变及温度分布，还可判断损伤位置及大小，在战斗过程中评估剩余实力。(4)光纤的应用材料导论22其它应用光纤水听器：用于潜艇探测手段，美国1992年开始用光纤水听器装备海岸监测系统。光纤陀螺：与机械陀螺相比，具有整体性强、灵敏度高、启动快、动态范围大等优点。与激光陀螺相比，它没有低速转动时的闭锁现象，也不像激光陀螺那样制造困难、价格昂贵。光纤陀螺已用于军用导航，灵敏度达到0.01(o)/h的光纤陀螺，可用于弹道导弹、巡航导弹、各类军用飞机、潜艇的导航系统。灵敏度在0.1(o)/h~1(o)/h，可用于战术导弹和陆地战车导航。(4)光纤的应用材料导论23思考作业题1、一次功能和二次功能材料的概念2、超导的三个特性3、强磁性的形成条件4、软磁材料与硬磁性的区别是什么5、纳米晶磁性材料的制备工艺6、声光材料的基本原理与应用举例7、光纤的特点与应用举例