《光学材料》课件：探索光的奥秘与材料的应用.ppt

*************************************太阳能电池材料新型太阳能电池材料钙钛矿、染料敏化、有机太阳能电池等新型技术薄膜太阳能电池材料非晶硅、微晶硅、CdTe、CIGS等薄膜材料晶体硅太阳能电池单晶硅和多晶硅是主流商业化太阳能电池材料光伏效应光生载流子在内建电场作用下分离形成光电流太阳能电池是将太阳光能直接转换为电能的光电转换器件，其核心是光伏材料。目前，全球太阳能电池市场主要由晶体硅电池主导，占据约90%的市场份额。晶体硅太阳能电池具有稳定性好、寿命长（25-30年）、转换效率高（实验室效率超过26%）等特点，但制造成本较高，且对光照角度敏感。薄膜太阳能电池材料可大幅降低材料使用量和制造成本，且具有柔性和轻量化优势，适合集成到建筑或便携设备中。其中，铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池在商业化薄膜电池中效率最高，已接近23%。新兴的钙钛矿太阳能电池因其简单制备过程和快速提升的效率（目前已超过25%）而备受关注，但稳定性和铅毒性问题仍需解决。发光二极管材料发光效率(lm/W)寿命(小时)发光二极管(LED)是将电能直接转换为光能的半导体器件，其发光原理基于载流子复合发光。无机LED通常采用具有直接带隙的Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)和氮化镓(GaN)等。通过改变材料成分比例和引入掺杂，可以调控发光波长，覆盖从紫外到红外的广泛光谱范围。有机LED(OLED)则利用有机发光材料作为发光层，具有自发光、视角广、对比度高和可柔性显示等优点。OLED材料主要包括小分子材料(如Alq?、TPD等)和聚合物材料(如PPV、PFO等)。近年来，量子点LED(QLED)因其窄带宽发射、高色纯度和可调谐发光波长等特点，成为显示技术的新方向。量子点材料主要有CdSe/ZnS、InP/ZnS等核壳结构纳米晶。第九章：光纤材料光纤通信原理光纤通信是利用光波作为信息载体，通过光纤传输的通信技术。其基本原理是将电信号转换为光信号，通过光纤传输后再转换回电信号。光纤通信具有传输容量大、传输距离远、抗电磁干扰能力强等优点，已成为现代通信网络的骨干。光在光纤中的传输遵循全反射原理，即光在折射率较高的纤芯中传播，在纤芯与包层界面发生全反射，从而实现低损耗传输。根据信号传输方式的不同，光纤通信系统可分为数字和模拟两类，目前数字光纤通信系统占据主导地位。光纤材料组成光纤主要由三部分组成：纤芯：光信号传输的主要通道，通常由高纯度二氧化硅或掺杂二氧化硅构成包层：包围纤芯的外层材料，折射率低于纤芯，保证光在纤芯中全反射传播涂覆层：最外层保护材料，通常为聚合物，保护光纤免受机械损伤和环境影响光纤材料的纯度和均匀性直接影响传输质量，现代光纤材料中的杂质含量已降至ppb级别，极大地减少了传输损耗。光纤类型按传输模式：单模光纤（纤芯直径约9μm）和多模光纤（纤芯直径50-62.5μm）按材料：石英光纤、塑料光纤和塑料包层硅芯光纤按折射率分布：阶跃型和渐变型按功能：传输光纤、偏振保持光纤、掺稀土光纤等按波长：单波长、双窗口和全波段光纤石英光纤制备工艺石英光纤主要通过化学气相沉积法(CVD)制备，包括改进的化学气相沉积法(MCVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、外部化学气相沉积法(OVD)和轴向气相沉积法(VAD)等。制备过程包括预制棒制备和光纤拉制两个主要步骤。预制棒制备过程中，通过控制掺杂成分（如GeO?、P?O?、F等）可调节折射率分布。光纤拉制阶段需精确控制温度、拉速和张力，确保光纤尺寸均匀性。性能特点现代石英光纤具有极低的传输损耗，在1550nm波长处损耗已降至0.15-0.2dB/km。其主要损耗机制包括瑞利散射、材料吸收（包括紫外和红外吸收）、OH基团吸收和弯曲损耗等。石英光纤的带宽极高，单模光纤理论带宽可达数十THz。此外，石英光纤还具有优异的机械强度（抗拉强度5GPa）、耐高温（软化点约1600℃）和耐腐蚀性能，使其成为光通信的理想材料。应用领域石英光纤是现代光通信网络的基础，从城域网到跨洋通信电缆均采用石英光纤。除通信外，石英光纤还广泛应用于传感领域，如光纤陀螺、分布式温度传感和声波传感等。医疗领域中，石英光纤用于内窥镜和激光传输系统。工业领域应用包括高功率激光传输和远程监测系统。随着技术发展，石英光纤在量子通信等前沿领域也发挥着重要作用，展现出广阔的应用前景。塑料光纤材料选择塑料光纤(POF)主要由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或全氟聚合物等材料制成。其中PMMA是最常用的核心材料，具有良好的透明度和成本优势。包层材料