光電功能材料與器件在工業(yè)、國防、醫(yī)療等各個行業(yè)都具有重要的應用,是國際上高技術(shù)競爭的重要陣地。本書集中介紹了多種光電功能材料的介電性質(zhì)、壓電性質(zhì)、電光性質(zhì)及包括電光效應、彈光效應、聲光效應在內(nèi)的一些材料的非線性效應,詳細論述了各類材料的制備和性能檢測方法,并介紹了依賴不同材料性能制備的電光器件、光通信器件及探測器件等。本書的特點是知識概括性強、涵蓋面廣,并增加了相關(guān)器件的基本原理及應用內(nèi)容,同時介紹了一些光電功能材料領域的重要進展,例如弛豫鐵電晶體PMN-PT新材料,以及負折射現(xiàn)象和負折射率材料等
隨著科技的發(fā)展與進步,信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走進了千家萬戶,并成為我們生活中重要的一部分。目前,信息產(chǎn)業(yè)的競爭焦點已逐漸轉(zhuǎn)向了光電信息技術(shù)領域。光電信息技術(shù)以其極快的響應速度、極寬的頻寬、極大的信息容量、極高的信息效率和分辨率等諸多特點,不斷地推動著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展,使得光電信息產(chǎn)業(yè)在市場中所占的份額逐年增加。在技術(shù)發(fā)達國家,與光電信息技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值已占國民生產(chǎn)總值的一半以上。因此,作為光電信息產(chǎn)業(yè)的基石——光電功能材料與器件的研究必將成為目前重要的科研熱點之一。
光電信息科學與工程專業(yè)是教育部根據(jù)國家戰(zhàn)略性新興光電信息產(chǎn)業(yè)的需求,于2012年設置的新專業(yè),該專業(yè)是由電子信息科學類的光信息科學與技術(shù)、光電子技術(shù)科學與原屬于電氣信息類的信息顯示與光電技術(shù)、光電信息工程、光電子材料與器件5個專業(yè)統(tǒng)一修訂而成的。本書作為光電信息科學與工程專業(yè)的核心課程的教材或參考書籍,主要介紹有關(guān)的光電功能材料,例如在光電功能材料方面,介紹了發(fā)光材料與電光材料、壓電及熱電材料、光信息材料、紅外材料與隱身材料等;在光電功能材料的性質(zhì)方面,集中介紹了材料的介電性質(zhì)、壓電性質(zhì)、電光性質(zhì)及材料的一些非線性效應和非線性光學性質(zhì),例如電光效應、彈光效應、聲光效應、非線性光學極化、相位匹配、光混頻和參量振蕩等;介紹了各類光電功能材料的制備方法、性能檢測及各種力、熱、光、電相關(guān)高性能電光器件、聲光器件、光通信器件及探測器件等。
本書的章節(jié)設計、內(nèi)容規(guī)劃及編寫工作均由周忠祥負責,同時參加編寫的人員還有官德維(第一、二、八章)、孟慶鑫(第三、四、八章)、李均(第四、六章)、田浩(第五、七章)。全書由周忠祥、孟慶鑫負責統(tǒng)稿。
本書在介紹光電功能材料的基本理論、材料種類、器件設計和性能表征的基礎上,將已學過的基礎理論課如光學、電磁學、固體物理、量子力學等的基本理論與實際材料、器件相結(jié)合,加深對已學知識的理解和掌握,為走向?qū)嶋H工作崗位奠定基礎,對于大學生、研究生和從事光電行業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員都有參考價值。在全面介紹基礎知識的同時,還介紹了諸如弛豫鐵電晶體PMN-PT、負折射率材料等新型材料的性質(zhì)及制備方法,使得這本書更具有時代感。
第一章 緒論
1.1 功能材料簡介
1.2 光電功能材料的研究現(xiàn)狀
1.3 光電功能材料的展望
參考文獻
第二章 光電功能晶體的基本知識
2.1 晶體的宏觀性能描述
2.1.1 晶體的對稱特性
2.1.2 晶體的分類
2.2 介電晶體電學性質(zhì)的張量表示
2.2.1 標量、矢量和張量
2.2.2 利用一階張量描述熱釋電效應
2.2.3 利用二階張量描述晶體的電極化
2.2.4 利用三階張量描述晶體的壓電效應
2.2.5 利用四階張量描述晶體的電致伸縮效應
2.3 晶體的鐵電性能
2.3.1 鐵電晶體的定義
2.3.2 鐵電晶體的宏觀特性
2.3.3 鐵電晶體的宏觀特性初步定性說明
參考文獻
第三章 光電功能晶體的光學性質(zhì)和非線性光學效應
3.1 晶體的線性光學性質(zhì)
3.1.1 光在晶體中的傳播
3.1.2 光在晶體中傳播的幾何法描述——光學曲面
3.1.3 晶體的偏振光干涉
3.2 晶體的非線性光學效應
3.2.1 非線性光學極化
3.2.2 非線性極化模型
3.3 晶體的非線性光學現(xiàn)象
3.3.1 倍頻和混頻
3.3.2 光學克爾效應
3.4 外場作用下的非線性光學現(xiàn)象
3.4.1 電光效應
3.4.2 彈光效應和聲光效應
3.4.3 熱光效應
3.4.4 旋光效應
3.4.5 磁光效應
參考文獻
第四章 光電功能晶體的性能檢測
4.1 電學性能的測量
4.1.1 介電常數(shù)的測量
4.1.2 熱釋電性能的表征
4.1.3 壓電性能的表征
4.1.4 鐵電性能的測量
4.1.5 電致伸縮系數(shù)的測量
4.2 光學性能的測量
4.2.1 晶體光學性質(zhì)的表征
4.2.2 晶體折射率的測量
4.2.3 晶體的光學吸收與透過
4.2.4 晶體的光折變性能
4.2.5 晶體非線性光學系數(shù)的測量
4.2.6 晶體電光性能的表征
4.3 光譜性能的測量
4.3.1 熒光光譜
4.3.2 紫外-可見吸收光譜
4.3.3 傅里葉變換光譜
參考文獻
第五章 光電功能晶體
5.1 鈮酸鋰晶體
5.1.1 鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)特點
5.1.2 鈮酸鋰晶體的電學性質(zhì)
5.1.3 鈮酸鋰晶體的線性和非線性光學性質(zhì)
5.1.4 鈮酸鋰晶體的電光效應
5.1.5 鈮酸鋰晶體的光折變效應
5.2 鉭鈮酸鉀鋰晶體
5.2.1 鉭鈮酸鉀鋰晶體的生長與結(jié)構(gòu)
5.2.2 鉭鈮酸鉀鋰晶體的光學性質(zhì)
5.2.3 順電相鉭鈮酸鉀鋰晶體的二次電光效應
5.2.4 順電相鉭鈮酸鉀鋰晶體的電控光折變效應
5.2.5 鉭鈮酸鉀鋰晶體的壓電性能
5.3 弛豫鐵電單晶PMN-PT
5.3.1 PMN-PT單晶的特征
5.3.2 PMN-PT單晶的相結(jié)構(gòu)
5.3.3 PMN-PT單晶的弛豫性與疇結(jié)構(gòu)
5.3.4 PMN-PT單晶的線性光學性質(zhì)
5.3.5 PMN-PT單晶的光折變性質(zhì)
5.3.6 PMN-PT單晶的應用
5.4 激光晶體
5.4.1 非線性激光晶體簡介
5.4.2 增益介質(zhì):釔鋁石榴石系列晶體
5.4.3 頻率轉(zhuǎn)換晶體:氟代硼鈹酸鉀和磷鍺鋅
5.5 發(fā)光晶體
5.5.1 光致發(fā)光晶體
5.5.2 電致發(fā)光晶體
5.5.3 半導體發(fā)光晶體
5.6 半導體化合物晶體——光伏材料
參考文獻
第六章 其他光電功能材料
6.1 液晶材料
6.1.1 液晶的基本性質(zhì)
6.1.2 液晶的光學特性
6.1.3 液晶的主要應用
6.2 有機光電功能材料
6.2.1 有機發(fā)光材料
6.2.2 有機光電導材料
6.2.3 光折變聚合物材料
6.3 透明陶瓷材料
6.3.1 透明陶瓷的簡介及發(fā)展
6.3.2 陶瓷的光學透明機理
6.3.3 透明陶瓷的種類及應用
6.4 碳納米材料
6.4.1 碳納米材料的特性
6.4.2 碳納米材料的應用及器件
6.5 負折射率材料
6.5.1 負折射率材料的概念及進展
6.5.2 負折射率材料的物理性質(zhì)
6.5.3 負折射率材料的應用
6.6 光電薄膜材料
6.6.1 光學介質(zhì)膜系及其應用
6.6.2 特殊功能膜系及其應用
6.7 多鐵性材料
6.7.1 多鐵性
6.7.2 單相多鐵性材料
6.7.3 復合多鐵性材料
參考文獻
第七章 光電功能材料的制備
7.1 光電功能晶體的生長理論和方法
7.1.1 晶體成核理論
7.1.2 晶體生長理論
7.1.3 溶液中的晶體生長
7.1.4 熔體中晶體生長的方法
7.2 光電信息透明陶瓷的制備
7.2.1 透明原理
7.2.2 影響陶瓷透光性的因素
7.2.3 制作透明陶瓷的關(guān)鍵技術(shù)
7.2.4 典型透明陶瓷的制備
7.3 薄膜生長
7.3.1 吸附、表面擴散與凝結(jié)
7.3.2 薄膜的形核與生長
7.3.3 薄膜的物理氣相沉積
7.3.4 化學氣相沉積
7.4 單晶光纖的生長技術(shù)
7.5 有機光電信息材料的制備
7.5.1 功能高分子材料的功能化方法
7.5.2 功能高分子材料的制備
7.6 負折射率材料的設計
參考文獻
第八章 光電功能器件的原理與設計
8.1 光學體全息存儲器
8.1.1 海量光學體全息存儲器
8.1.2 體全息光學相關(guān)器
8.2 聲光器件
8.2.1 聲光調(diào)制器
8.2.2 聲光偏轉(zhuǎn)器
8.2.3 聲光器件的應用
8.3 電光器件
8.3.1 電光開關(guān)器件
8.3.2 電光調(diào)制器
8.3.3 電光偏轉(zhuǎn)器
8.3.4 電光圖像處理器
8.3.5 電光分束器
8.4 發(fā)光器件
8.5 晶體光纖器件
8.6 其他光電功能器件
8.6.1 電致伸縮換能器
8.6.2 壓電器件
8.6.3 磁光器件
參考文獻