Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất quang của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất quang của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về tính chất quang của vật liệu, chiết suất, tỷ số truyền qua và tia tới,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 6/2016 TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU CHIẾT SUẤT TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Chùm photon có vận tốc c1 truyền từ mơi trường có chiết suất n1 sang mơi trường có chiết suất n2 với vận tốc c2: c1 n sin i   c n1 sin t Trong đó: • n1, n2: chiết suất mơi trường • c1, c2: vận tốc chùm tia mơi trường TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Chiết suất (hay tỷ số khúc xạ): c0   n    k c 00 0 Trong đó: • c0, c: vận tốc chùm tia truyền chân không vật liệu • μ0, μ : độ thẩm điện môi chân khơng vật liệu TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một chùm photon phát từ nguồn laser vào sợi thủy tinh có chiết suất 1,5 • Tính góc tới chùm photon cho phần tia truyền qua sợi thủy tinh nhỏ Góc tối đa = 90o - θi TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Để ngăn tia truyền qua, toàn chùm tia phải phản xạ bên sợi thủy tinh • Do đó, góc θt ≥ 90o • Giả sử chùm tia tới hợp với trục sợi thủy tinh góc 60o Suy ra: i  90  60  30o • Đặt sợi thủy tinh (n = 1,5) khơng khí (n = 1), ta có: n sin i  n1 sin t sin 30o    t  48, 6o 1,5 sin t TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU t  48, 6o  90o • Với θt này, chùm tia bị truyền qua • Như vậy, để ngăn truyền qua, phải điều chỉnh chùm tia tới nông hơn, để θt tối thiểu 90o Ta có: sin i  1,5 sin t sin i o      41,8 i o 1,5 sin 90 • Nếu góc chùm tia trục sợi = 90 – 41,8 = 48,2o nhỏ hơn, chùm tia bị phản xạ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Nếu ngâm sợi thủy tinh nước, ta có: 1,333 sin i  1,5 sin t 1,333 sin i o      62, i o 1,5 sin 90 • Trong nước, chùm tia tới với góc = 90 – 62,7 = 27,3o ngăn truyền qua Góc tối đa = 90o - θi TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một chùm photon đập vào polyethylene chân không với góc tới 10o • Polyethylene có số điện mơi tần số cao k∞ = 2,3 • Xác định chiết suất polyethylene góc truyền qua TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Chiết suất polyethylene: n  k   2,3  1,52 • Góc truyền qua: sin i n sin t sin10o  sin t   t  6,57 o 1,52 TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một vật liệu có hệ số phản xạ 0,15 hệ số hấp thụ 100cm-1 • Xác định độ dày cần thiết vật liệu loại cho 1% xạ tới truyền qua TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Tỷ số truyền qua tia tới: It  1  R  exp  x  I0 • Độ dày vật liệu để 1% tia truyền qua được: 0, 01  1  0,15  exp  100x   x  0, 0428cm TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một vật liệu chưa biết suốt với ánh sáng có tần số 1,3x1014s-1 • Tính lượng vùng cấm vật liệu TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Ta có E = hν • Vật liệu suốt với photon có lượng nhỏ hơn: E g  h  E g   6,63 10 34   1,310   1,6 1019  0,54eV 14 TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một vật liệu có tính chất chuyển từ hấp thụ ánh sáng sang cho ánh sáng truyền qua tần số 5x1014Hz • Khi quan sát vật liệu ánh sáng ban ngày, dự đốn màu • Xác định lượng vùng cấm TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Bước sóng xác định bởi: c   108 7    10 m  600nm 14 10 • Ánh sáng thu ánh sáng đỏ nhạt (cam) TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Năng lượng vùng cấm: E g  E photon  h  E g   6, 63 1034    1014   3,315 1019 J  2, 07eV TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một diode phát quang (LED) chế tạo từ lớp chuyển tiếp p-n dựa vật liệu bán dẫn loại Ga-As-P, có lượng vùng cấm 1,9eV • Tính bước sóng ánh sáng phát xạ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Bước sóng xác định bởi: c  v c  Eg h hc  Eg  34 6, 63  10   10     1,9  1, 1019   6,54  107 m  654nm • Ánh sáng thu ánh sáng đỏ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Chọn vật liệu có khả tạo lân quang màu lục hình TV TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Để cho ánh sáng màu lục, lượng photon cần thiết vào khoảng 4,5x10-5cm: hc E  E 15 10 4,14  10  10    4,5 10 5  2, 76eV • Khơng có vật liệu có vùng cấm tương ứng 2,76eV • Tuy nhiên, pha tạp vào ZnS (Eg = 3,54eV) để tạo lượng bẩy Etrap = 3,54 – 2,76 = 0,78eV vùng dẫn, thu lân quang TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Vật liệu phát lân quang cho hình TV phổ biến là: • CaWO4 cho λ = 4,3x10-5cm – lam, thời gian hồi phục 4x10-6s • ZnO kích thích Zn dư cho λ = 5,1x10-5cm – lục • Zn3(PO4)2 kích thích Mn cho λ = 5,1x10-5cm – đỏ “Hãy theo đuổi ưu tú, thành công theo đuổi bạn” ...TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU CHIẾT SUẤT TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Chùm photon có vận tốc c1 truyền... 0428cm TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một vật liệu chưa biết suốt với ánh sáng có tần số 1,3x1014s-1 • Tính lượng vùng cấm vật liệu TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Ta có E = hν • Vật liệu suốt... 07eV TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một diode phát quang (LED) chế tạo từ lớp chuyển tiếp p-n dựa vật liệu bán dẫn loại Ga-As-P, có lượng vùng cấm 1,9eV • Tính bước sóng ánh sáng phát xạ TÍNH CHẤT