TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

Ánh sáng đ́ợc phát ra từ các vật liệu (nguồn sáng) nh́:  Ánh sáng trắng từ mặt tr͵i  Ánh sáng phát ra từ đám cháy  Ánh sáng phát ra từ đèn tròn  Ánh sáng vàng phát ra từ đèn natri  Ánh sáng từ phản ΁ng hóa học  Ánh sáng từ sinh vậtÁnh sáng đ́ợc phát ra từ các vật liệu (nguồn sáng) nh́:  Ánh sáng trắng từ mặt tr͵i  Ánh sáng phát ra từ đám cháy  Ánh sáng phát ra từ đèn tròn  Ánh sáng vàng phát ra từ đèn natri  Ánh sáng từ phản ΁ng hóa học  Ánh sáng từ sinh vậtÁnh sáng đ́ợc phát ra từ các vật liệu (nguồn sáng) nh́:  Ánh sáng trắng từ mặt tr͵i  Ánh sáng phát ra từ đám cháy  Ánh sáng phát ra từ đèn tròn  Ánh sáng vàng phát ra từ đèn natri  Ánh sáng từ phản ΁ng hóa học  Ánh sáng từ sinh vật

 Ánh sáng có b n ch t là sóng ơi n t (electromagnetic radiation).

 Ánh sáng có các b c x d ng sóng (wave) và các l ng t (photon) d ng h t (particle) ơ c phát ra t v t li u.

Tím Xanh d ng Xanh lá cây Vàng Cam

Khi chi u 1 tia ánh sáng vào ch t r n, có th x y ra các hi n t ng sau:

Incident: I 0

Absorbed: I A

Transmitted: I T

Scattered: I S Reflected: I R

A R

tia ph n x (I R ), truy n qua (I T ) và h p th (I A )

 T s I T /I 0 = T là h s truy n qua (transmissivity)

 T s I A /I 0 = A là h s h p thu (absorptivity)

 T s I R /I 0 = R là h s ph n x (reflectivity)

Hai trong các t ng tác quan tr ng

(electronic polarization) và s chuy n m c n ng l ng ơi n t

(electron energy transitions)

Hi n t ng quang h c x y ra trong lòng ch t r n bao g m các t ng tác gi a b c x ơi n t v i các ơi n t , ion và nguyên t

no transmitted

light

transmitted

electron cloud distorts

 B n ch t ánh sáng là sóng ơi n t , nên có t ng tác v i ơám mây electron bao quanh nguyên t , t o nên s phân c c ơi n t

Electron thu c l p v nguyên t , ion nh n n ng l ng ánh sáng, nh y

t tr ng thái b n (ground state) lên tr ng thái kích thích (excited state)

 i n t ti p nh n n ng l ng t photon và nh y lên m c n ng l ng cao

khi truy n qua v t li u Ch s khúc x (chi t su t) n ơ c ơ nh ngh a là:

n v v n t c trong môi tr ng c v n t c trong chân không

S i quang h c (optical fiber) là v t li u có chi t su t n cao ơ mà toàn

b ánh sáng ph n x bên trong và không thoát kh i v t li u.

1 = góc t i

2 = góc khúc x

c = góc t i h n khi 2 = 90°Khi 1 > c , ánh sáng b ph n x bên trong

Chi t su t ph thu c vào b n ch t v t li u và b c sóng t i (hi n t ng tán

s c)

 Kim lo i ph n x h u nh toàn b ánh sáng (có ánh kim), R = 0,90 – 0,95 Th y tinh có R ≈ 0,05.

ty

reflectivi 1

% 17 17

.

0 1

41 2

1 41

Kim lo i h p ph photon b i quá trình chuy n m c electron

V i v t li u phi kim lo i, n ng l ng photon giúp kích thích electron t vùng hóa tr lên vùng d n v i ơi u ki n:

V i b c sóng vùng kh ki n (400 – 700 nm); 1,8 eV < E g < 3,1 eV

hay

violet light: h = 3.1 eV

red light: h = 1.8 eV

N u E g < 1,8 eV , v t li u h p th toàn b , màu ơen (C, Si, GaAs)

N u E g > 3,1 eV , v t li u hoàn toàn không h p th , không màu (kim c ng)

N u E g gi a , v t li u h p th ch n l c , có màu c th

Ph n ánh sáng truy n qua là ph n còn l i sau khi h p th và ph n x ,

C ng ơ tia ló b gi m và ph thu c vào b c sóng

T l các hi n t ng theo b c sóng t i trên m t th y tinh xanh d ng

 Màu c a v t li u trong su t là k t qu c a quá trình

cao (blue, violet), nên nh ng tia ơ , vàng, vàng cam

truy n qua t o màu cho nó.

Khi có t p ch t, E g thay ơ i, v t li u thay ơ i màu VD: sapphire không màu, khi thêm ph gia Cr 2 O 3 (0.5 to 2%) có màu ơ ruby.

M c ơ truy n qua và m c ơ ơ c c a v t li u ơi n môi trong su t ph thu c vào ơ c tr ng ph n x và truy n qua n i t i c a v t li u

 Tia sáng truy n qua b làm l ch h ng t i các v trí biên c a các ơa tinh th và lan truy n nhi u l n trong v t li u

 ơ c c a v t li u là khi tia sáng t i b va ch m tán x (scattering)

trên b m t v t li u, tia sáng không truy n qua ơ c, b l ch h ng

VD: Tính m ơ c c a Al 2 O 3

ơ n tinh th , ơa tinh th và b

khuy t t t (ch a mao qu n)

activator level

Valence band

Conduction band

trapped states

 D a trên kho ng th i gian tr gi a h p th và tái phát x , phân

lo i:

 T h i gian tái phát x nh h n 1 giây nhi u («1s) - hu nh quang

 T h i gian tái phát x l n h n - lân quang

chuy n v c c d ng, ion hóa khí tr (t o môi tr ng plasma ) và

kích thích Hg phát tia c c tím , tia này kích thích phosphor (P) phát

hu nh quang ánh sáng tr ng.

 S d ng tia cathod ơ phát dòng electron

 biên gi i hai bên m t ti p giáp, m t s ơi n t b l tr ng thu hút và khi chúng ti n l i g n nhau, chúng có xu h ng k t h p v i nhau t o thành các nguyên t trung hòa.

Màu s c B c sóng [nm] i n áp [ V] V t li u

H ng ngo i > 760 V < 1.63 GaAs, AlGaAs

610 < < 760 1.63 < V < 2.03 AlGaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP

Cam 590 < < 610 2.03 < V < 2.10 GaAsP, AlGaInP, GaP

Vàng 570 < < 590 2.10 < V < 2.18 GaAsP, AlGaInP, GaP

Xanh lá 500 < < 570 1.9 < V < 4.0 InGaN, GaN, GaP, AlGaInP, AlGaP

Xanh da tr i 450 < < 500 2.48 < V < 3.7 ZnSe, InGaN, SiC

 OLED : ơèn LED t polimer d n ơi n

 Hi u ng quang ơi n (photoelectric effect) là

hi n t ng ơi n t ơ c thoát ra kh i v t ch t sau

khi h p th n ng l ng t các b c x ơi n t

n-type Si

P-type Si p-n junction

Si

conductance electron

hóa ho t ơ ng d a trên hi u ng quang ơi n

 Khi chi u m t photon t i v t li u ơang tr ng thái kích thích, v t

li u s phát ra 2 photon, c ng ơ photon chi u ra t ng lên.

thích n m tr ng thái siêu b n (trong kho ng th i gian microsecond ơ n milisecond)

R t nhanh và phát nhi t

Ch m h n, phát quang và x y ra m t l t

Tr ng thái siêu b n

 S d ng m t ngu n n ng l ng ( ánh sáng, nhi t, dòng e t ngu n ơi n,…) ơ duy trì e tr ng thái kích thích (siêu b n).

 M t ơ electron tr ng thái kích thích nhi u h n tr ng thái c

b n.

kích thích ti p theo c ch dây chuy n làm t ng c ng ơ tia laser phát ra r t nhi u l n.

khu ch ơ i ánh sáng b ng phát x kích thích)

S i quang h c là m t lo i cáp vi n thông làm b ng th y tinh ho c nh a, s

d ng ánh sáng ơ truy n tín hi u.

Core: s i quang n i ánh sáng ơi (có chi t su t cao)

Cladding: bao b c lõi và ph n x ánh sáng tr l i vào lõi (có chi t su t th p

h n)

Buffer coating: l p ph d o bên ngoài b o v s i không b h ng và m t Jacket: h àng tr m hay hàng ngàn s i quang ơ c ơ t trong bó g i là cáp quang, n h ng bó này ơ c b o v b i l p ph bên ngoài g i là jacket.

 Phát: M t ơi t phát sáng (LED) ho c laser truy n d li u xung ánh sáng

vào cáp quang.

 Nh n: s d ng c m ng quang chuy n xung ánh sáng ng c thành

data .

 c ơi m: truy n ánh sáng nên nhanh, ơ suy y u th p, m ng, dung

l ng truy n t i cao, không b nhi u, nh h ng c a th i ti t, không s

h a ho n, v.v…

ng d ng:

V t li u nh n n ng l ng ánh sáng m t tr i, giúp electron b kích thích lên vùng d n: UV + MO MO (h + e − )