功能材料学教案第10章光学材料.docx

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功能材料学教案第10章光学材料

第10章光学材料

传统的光学材料主要是指光介质材料，即传输光波的材料。

这些材料以折射、反射和透射的方式，改变光波的方向、强度和位相，使光波按照一定的要求传输。

在传输中，也可以通过选择吸收或仅透过某一特定波长范围的光波而改变光波的光谱成分。

近代光学的发展，特别是激光的出现，使另一类光学材料，即光功能材料得到了很大的发展。

这种材料在热、力、电、磁等外场的作用下，其光学性质会发生变化，因此可作为探测和能量转换材料，目前已成为光学材料中一个新的大家族。

10.1激光材料

爱因斯坦不但提出了划时代的相对论，而且还奠定了激光的理论基础。

他在20世纪初就提出了辐射场与物质相互作用的量子论观点和“受激辐射”的概念。

到了1960年，世界上第一台以红宝石为工作物质的固体激光器研制成功，在光学发展史上翻开了崭新的一页。

从此，人们开始了有关激光物理和激光工作材料方面的研究和探索。

四十多年来，激光器和激光材料的研究和开发都取得了长足的发展。

10.1.1激光的产生

光的产生总是和原子中电子的跃迁有关。

假如原子处于高能态E2，然后跃迁到低能态E1，它就会以光辐射的形式发出能量，所辐射光子的频率为

ν=（E2-E1）/h（10-1）

爱因斯坦提出，辐射场与物质的相互作用包括自发辐射、受激吸收和受激发射三个过程，三个过程同时存在。

①原子无规则地由高能态E2转变到低能态E1，称为自发辐射。

自发辐射与外场无关，自发辐射的光子在相位、偏振态等方面是随机的，不属于同一个光子态，不会发生相干；

②当处于低能级的粒子吸收光子跃迁至高能级时，这一过程称为受激吸收；

③在外场的诱导光子的作用下，高能级粒子跃迁至低能级并发射出能量为hv光子的过程，则被称为受激发射过程。

受激发射与外场有关，受激发射的光子与外场的诱导光子的相位及偏振态相同，属于同一量子态，相干性好。

受激发射产生的光就是激光。

在热平衡状态，物质中的粒子是按能量最低原理来填充各个能级的，即粒子在各能级上的分布服从玻耳兹曼分布律

Ni=Nee-Ei/kT（10-2）

式中，Ni为处在能级Ei的粒子数；Ne为总粒子数；k为玻耳兹曼常数；T为体系的温度。

因为E2>El，所以高能级上的粒子数N2总是小于低能级上的粒子数N1。

产生激光的必要条件就是要在原子或分子系统的两个能级之间实现粒子数反转，使高能级上的粒子数N2大于低能级上的粒子数N1。

要得到粒子数反转，必须有外界的泵浦源，将处于基态的粒子通过受激吸收后激发至激发态。

激光系统一般分为三能级系统和四能级系统，与三能级系统比，四能级系统更易于实现粒子数反转。

10.1.2固体激光器材料

激光器材料应具有良好的物理化学性能，即热膨胀系数小、弹性模量大、热导率高、光照稳定性和化学稳定性要好。

在固体激光器的工作物质中，产生激光的物质一般为离子，称为激活离子；而把激光晶体物质称为基质晶体。

1.激活离子

固体激光器需要在基质晶体中掺入适量的激活离子。

激活离子是激光器中的核心物质之一，它的作用在于给固体中提供亚稳态能级，这样才能在光泵浦作用下激发振荡出一定波长的激光，而且激光的波长也正是由激活离子的种类决定的。

目前，激活离子主要来自三价和二价的铁系、镧系和锕系元素，如Cr3+、Nd3+等。

对激活离子通常总希望它是四能级的，这样，对于被光泵激发到高能级上的粒子，当其受激跃迁到低能级产生激光振荡时，就不会象三能级的激活离子那样直接降到基态，而是降到中间的某一能级，这比直接降到基态的激活离子效率高，产生激光振荡的阈值也低。

2.基质晶体

在人们探索激光的历史上，先后用于固体激光器的基质晶体有三种类型：

（1）氟化物晶体

这类晶体熔点较低，易于生长单晶，是早期研究的激光晶体材料，如CaF2，BaF2，SrF2，LaF3，MgF2等。

但是，它们大多要在低温下才能工作，现在已很少使用。

（2）含氧金属酸化物晶体

这类材料也是研究较早的激光晶体，它们均以三价稀土离子为激活离子，掺杂时需要电荷补偿，是一种具有四能级结构的工作物质，如CaWO4，CaMnO4，LiNbO4等。

（3）金属氧化物晶体

这类晶体如A12O3，Y3A15O12，Y2O3等，研究最多。

在其中掺入三价过渡族金属离子或三价稀土离子可构成激光晶体，应用较广，但熔点都比较高，制取优质单晶比较困难。

3.红宝石激光晶体（A12O3：

Cr3+）

红宝石是世界上第一台固体激光器的工作物质，它以刚玉单晶体（α-A12O3）为基质晶体，在其中掺入Cr3+激活离子。

从激光器对工作物质的性能要求来看，红宝石激光器堪称一种较为理想的材料。

①它的主要优点是：

对泵浦光的吸收特性好，可在室温条件下获得0.6943μm的可见激光振荡。

晶体材料坚硬、稳定，抗破坏能力高，导热性好；②它的主要缺点是：

属三能级结构，产生激光的阈值较高。

4.钕钇铝石榴石激光晶体（YAG：

Nd3+）

激光工作物质以Y3A15O12作为基质晶体，以Nd3+作为激光离子。

钇铝石榴石（YAG）属立方晶系，YAG：

Nd3+激光晶体属于四能级系统，具有良好的光学、力学和热学性能。

与红宝石相比，YAG：

Nd3+晶体的工作粒子在跃迁到高能级上不易大量积累，当激光器以脉冲方式运转时，所输出的激光脉冲的能量和峰值功率都受到限制。

但由于其产生激光的阈值比红宝石低，增益系数比红宝石大。

因此，YAG：

Nd3+器件不适于作单次脉冲运转，而适合于作重复脉冲输出运转，其重复率可高达每秒几百次，每次输出功率达百兆瓦以上。

军用激光测距仪和激光制导大都采用钕钇铝石榴石激光器，它也是唯一能在常温下连续工作，且有较大功率输出的固体激光器。

5.半导体激光材料

半导体激光器的特点是体积小，效率高，结构简单，成本低廉。

这类激光器也是固体激光器中重要的一类。

半导体激光器的结构极为简单。

从图10-3中可知，这种激光器就是一种具有半导体p-n结的二极管，但这种二极管在电流正向流动时会引起激光振荡。

在普通二极管中，即使有电流流动也不会产生激光振荡。

这是因为普通二极管缺少引起激光振荡的一些必要条件。

①在p-n结二极管中引起激光振荡的一个条件是：

利用电流注入的少数载流子，当其在p-n结附近发生复合时，所释放出的能量必须能以高效率转换为光。

为此，能引发激光振荡的材料一般必须是具有直接迁移型能带结构的材料。

以GaAs为代表的许多IIIA-VA族化合物都具有直接迁移型能带结构，因此，它们可作为激光材料。

②在p-n结二极管中引起激光振荡的另一个条件是：

要有一个谐振腔。

以往的激光器的谐振器一般是由两片反射镜组成的。

由于半导体激光器的增益极高，并不要求有高反射率的反射镜，利用垂直于结面而且平行的二极管两个侧面即可作为反射镜。

10.2光纤材料

20世纪60年代出现的激光，是人们期待已久的一种信号载体。

但要实现光通信，还必须具有对光信号的处理技术和光信号的传输介质。

1958年，英国科学家第一次提出了利用光纤传递光信号的设想。

1966年，在光纤的传输损耗约为1000dB／km时，英籍华人工程师高琨论证了把光纤的光学损耗降低到20dB／km以下的可能性，并指出其对未来光通信的作用。

此后，作为光通信传输介质的光纤引起了世界工业发达国家的普遍重视。

许多大学、研究所和公司开始积极探索这一课题。

随着理论研究和制造技术的提高，降低光纤传输损耗的工作进展很快。

1970年，美国康宁玻璃公司拉制出了世界上第一根低损耗光纤，这是一根长数百米，损耗低于20dB／km的高二氧化硅玻璃光纤，光纤损耗只有1966年的1／50。

十多年后，高二氧化硅玻璃光纤的损耗又降低了两个数量级，约为0.2dB／km，几乎达到了材料的本征光学损耗。

近20年，各种的光纤层出不穷，许多国家建造了光纤通信系统，横跨大西洋、太平洋的海底光缆已投入使用，光纤通信极大的推进了人类信息时代的到来。

10.2.1光纤的结构及分类

1．光纤的结构

（1）光纤。

光纤是用高透明电介质材料制成的非常细（外径约125~200μm）的低损耗导光纤维，通信用光纤的横截面的结构如图10-4所示。

光纤本身由纤芯和包层构成，见图10-4（a），纤芯是由高透明固体材料（如高二氧化硅玻璃，多组分玻璃、塑料等）制成；纤芯的外面则是包层，用折射率较低（相对于纤芯而言）的有损耗的（每公里几百dB）石英玻璃、多组分玻璃或塑料制成。

这样就构成了能导光的玻璃纤维——光纤，光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质。

图10-4光纤横截面结构示意图

（a）光纤；（b）三层结构芯线

（2）芯线。

上述光纤是很脆的，还不能付诸实际应用。

要使它具有实用性，还必须使它具有一定的强度和柔性，一般采用图10-4（b）所示的三层芯线结构。

①在光纤的外面是一次被覆层，主要目的是防止玻璃光纤的表面受损伤，并保持光纤的强度。

此层的厚度约为100～150μm；②在一次被覆层之外是缓冲层，外径为400μm，目的在于防止光纤因一次被覆层不均匀或受侧压力而产生微弯，带来光信号的额外损耗；③为了保护一次被覆层和缓冲层，在缓冲层之外加上二次被覆层。

二次被覆层材料常采用尼龙，这一层外径常为0.9mm。

2．光纤的分类

a.按光纤芯折射率分布不同可分为阶跃型光纤和梯度型光纤两大类，见图10-5。

①阶跃型光纤。

阶跃型光纤的折射率在直径方向上的分布是突变的，纤芯折射率均匀分布，具有恒定值n1，而包层折射率则为稍小于n1的常数n2。

②梯度型光纤。

在梯度型光纤中，纤芯折射率的分布是径向坐标的递减函数，而包层折射率分布则是均匀的。

b.按材料组分不同，光纤可分为：

①高二氧化硅（石英）玻璃光纤；②多组分玻璃光纤；③塑料光纤等。

目前，通信用光纤都是高二氧化硅玻璃光纤。

c.按光纤传播光波的模数来分，则有多模光纤和单模光纤两大类。

图10-5光纤的种类

（a）阶跃型多模光纤；（b）梯度型多模光纤；（c）单模光纤

10.2.2光在光纤中的传输模式

光在光纤中的传送利用了光的全反射原理。

在光学上，通常把具有一定的频率、偏振状态和传播方向的光波称为光的一种传输模式。

传输模式是光学纤维最基本的传输特性之一。

若一种光纤只允许传输一种模式的光波，则称它为单模光纤。

如果一种光纤允许同时传输多种模式的光波，这种光纤则为多模光纤。

多模光纤直径为几十至上百微米，与光的波长相比大得多。

因此，许多模式的光波进入光纤后都能满足全反射条件，在光纤中得到正常的传输。

在多模光纤的输出端可以看到输出多个亮斑，每个亮斑代表多模光纤所传输的一种模式的光波。

单模光纤的直径非常细，只有3~10μm，同光波的波长相近。

在这样细的光纤中，只有沿着光纤轴线方向传播的一种模式的光波能满足全反射条件，在光纤中得到正常的传输。

其余模式的光波由于不满足全反射条件，在光纤中传送一段距离后很快就被淘汰了。

虽然多模光纤的传输频带会受到模式色散的限制，所传输的信息量不可能很高。

但多模光纤由于直径较粗，制造工艺比单模光纤简单，光纤的连接与耦合也比单模光纤容易得多。

因此，目前光通信所使用的光纤大多是多模光纤。

单模光纤不存在模式色散，传输频带比多模光纤宽，传输的信息容量也比多模光纤大。

在大容量、长距离光纤通信中，单模光纤具有美好的应用前景。

但单模光纤直径太细，制造工艺要求较高，目前使用还不普遍。

10.2.3保偏光纤

在单模光纤中，可以有两个偏振态相互垂直的本征模传输。

在理想状态下，这两个偏振模是简并状态的，也就是说它们有相同的传播速度和相同的偏振状态。

这种传输模式在一些场合有重要的用途，例如在干涉型光纤传感器中，就需要同时传输两束偏振模是简并状态的激光。

但在实际的单模光纤中，由于存在光纤几何形状不标准，结构不对称，以及制作时的残余应力等因素，使偏振模的简并状态在传播过程中逐渐退化，这样，光纤内部所传输光束的偏振状态在时间和空间上是随机的。

光纤所输出的偏振状态的随机性，影响了它在特定场合中的应用。

而单模保偏光纤就是一种能在传输过程中保持入射偏振状态不变的光纤。

几种典型的高双折射型保偏光纤的结构如图l0-7所示。

10.2.4光纤材料及制造

1.石英玻璃光纤

目前，国内外所制造的光纤绝大部分都是高二氧化硅玻璃光纤。

为降低石英光纤的内部损耗，都是先用化学气相反应沉积法（CVD法）制取高纯度的石英预制棒，再通过拉丝制成低损耗石英玻璃光纤。

该方法的步骤是：

①用超纯氧气作载气，把超纯原料气体SiCl4和掺杂剂GeCl4、BBr3、POCl3等气体输送到以氢氧焰作热源的加热区。

混合气体在加热区发生气相反应，生成粉末状二氧化硅和要添加的氧化物。

②继续升温加热，使混合粉料熔融成玻璃态，制成超纯玻璃预制棒。

③然后，把预制棒从一端加热至1600℃左右使料棒熔化，同时进行拉丝。

纤维的外径由牵引机自动调节控制，折射率可通过添加氧化物的浓度加以调节。

2.多组分玻璃光纤

多组分玻璃光纤的成分除石英（SiO2）外，还含有氧化钠（Na2O）、氧化钾（K2O）、氧化钙（CaO）、三氧化二硼（B2O3）等其他氧化物。

多组分光纤一般采用双坩埚法制造。

这种坩埚是由尾部带漏管的内外两层铂坩埚同轴套在一起构成的。

多组分玻璃料经过仔细提纯后，芯料玻璃放在内层坩埚里，包层玻璃放在外层坩埚里。

玻璃料经加热熔化后从漏管中流出。

在坩埚下方有一个高速旋转的鼓轮，将熔融状态的玻璃拉成一定直径的细丝。

漏孔的直径大小和漏管的长度，决定着芯子的直径与包层厚度的比值。

如果把漏管加长，使芯子与包层材料在高温下接触，通过离子交换，还可形成折射率呈梯度分布的梯度型光纤。

通过调节加热炉的炉温和拉丝速度，可控制纤维的总直径。

3.晶体光纤

晶体光纤可分为单晶与多晶两类。

单晶光纤的制造方法主要有导模法和浮区溶融法。

①导模法。

导模法是把一支毛细管插入盛有较多熔体的坩埚中，毛细管里的液体因表面张力作用而上升。

将定向籽晶引入毛细管上端的熔体中，并向上提拉籽晶，使附着的熔体缓慢地通过一个温度梯度区域，单晶纤维便在毛细管的上端不断生长，如图10-8所示。

②浮区熔融法。

浮区熔融法是先将高纯原料做成预制棒，然后使用激光束在预制棒料的一端加热，待其局部熔融后，把籽晶引入熔体中并按一定速率向上提拉，便得到一根单晶纤维，如图10-9所示。

图10-8导模法生长晶体光纤示意图图10-9激光区熔法生长红宝石单晶示意图

10.3红外材料

10.3.1红外线的性质

红外线的主要性质是对照射到的物体发生热作用，因此又被称为“热线”。

红外线的波长范围很宽，从0.7μm到1000μm。

红外线按波长可分为三个光谱区：

近红外（0.7～15μm），中红外（15～50μm）和远红外（50～1000μm）。

10.3.2红外材料

在红外线应用技术中，要大量使用能够透过红外线的材料，这些材料应具有对不同波长红外线的透过率、折射率及色散，一定的机械强度及物理、化学稳定性。

在红外技术中，作为光学材料使用的晶体主要有碱卤化合物晶体、碱土-卤族化合物晶体、氧化物晶体、无机盐晶体和半导体晶体等。

（1）碱卤化合物晶体

碱卤化合物晶体是一类离子晶体，如氟化锂（LiF）、氟化钠（NaF）、氯化钠（NaCI）、氯化钾（KCI）、溴化钾（KBr）等。

这类晶体熔点不高，易生成大单晶，具有较高的透过率和较宽的透过波段。

但碱卤化合物晶体易受潮解，硬度低，机械强度差，应用范围有限。

（2）碱土-卤族化合物晶体

碱土-卤族化合物晶体是另一类重要的离子晶体，如氟化钙（CaF2）、氟化钡（BaF2）、氟化锶（SrF2）、氟化镁（MgF2）。

这类晶体具有较高的机械强度和硬度，几乎不溶于水，适于窗口、滤光片、基板等方面的应用。

（3）氧化物晶体

氧化物晶体中的蓝宝石（A12O3）、石英（SiO2）、氧化镁（MgO）和金红石（TiO2）具有优良的物理和化学性质。

它们的熔点高、硬度大、化学稳定性好，在火箭、导弹、人造卫星、通讯、遥测等方面使用的红外装置中，被广泛地用作窗口和整流罩等。

（4）无机盐化合物单晶体

在无机盐化合物单晶体中，可作为红外透射光学材料使用的主要有SrTiO2，Ba5Ta4O15，Bi4Ti3O2等。

SrTiO2单晶在红外装置中主要做浸没透镜使用，Ba5Ta4O15单晶是一种耐高温的近红外透光材料。

（5）半导体材料

在半导体材料中，有些晶体也具有良好的红外透过特性，如硫化铅（PbS）、硒化铅（Pb.Se）、硒化镉（（CdSe）、碲化镉（CdTe）、碲化铟（InSb）、硅化铂（.PtSi）、碲镉汞（HgCdTe）等。

其中HgCdTe材料是目前最重要的红外探测器材料，可覆盖1～25μm的红外波段。

10.4发光材料

发光现象广泛存在于各种材料中，在半导体、绝缘体、有机物和生物中都有不同形式的发光现象。

发光材料的种类也很多，它们可以作为新型和特殊性能的光源，提供作为显示、显像、探测辐射场等的技术手段。

10.4.1发光的特征

1．颜色

发光的第一个特征是颜色。

发光材料的种类很多，它们发光的颜色也足以覆盖整个可见光的范围。

发光材料的发光光谱可分为宽带光谱（半宽度100nm）、窄带光谱（半宽度50nm）和线谱光谱（半宽度0.1nm）三种类型，一个材料的发光光谱属于哪一类，既与基质有关，也与杂质有关。

2．强度

发光的第二个特征是强度。

由于发光强度是随激发强度而变的，通常就用发光效率来表征材料的发光本领。

3．发光持续时间

发光的第三个特征是发光持续时间。

通常按照发光持续时间可把发光分为荧光和磷光两种。

荧光是指在激发时发出的光，磷光是指在激发停止后发出的光。

10.4.2电子束激发发光材料

电子束激发发光是指在真空中从阴极出来的电子经加速后轰击荧光屏所发出的光，也称为阴极射线发光，发光区域只局限于电子所轰击的区域附近。

电子束激发发光材的一个重要用途就是作为CTR显示器的荧光粉。

1953年彩色电视就问世了，但没有很好的解决红色荧光材料发光亮度不高的问题。

1964年，发明了以稀土元素的化合物为基质和以稀土离子掺杂的荧光粉，从而成功地提高了发红光材料的亮度，使之能够与蓝色和绿色荧光材料的亮度匹配，从而使彩色电视得到迅速推广。

由于电子的能量在几千电子伏特以上，所以除发出可见光以外，还会产生X射线。

X射线对人体有害，因而在显示屏的玻璃中常添加一些重金属（如Pb），以吸收荧光屏所产生的X射线。

1.阴极射线发光的基本规律

在可以连续激发的条件下，改变加速电压时，发光亮度也会发生相应的变化，如教材134页图10-10所示。

由多种材料试验得到经验规律

J=J0I（V–V0）（10-5）

其中，J为发光亮度，J0为常数，I为电流，V为加速电压，V0为起辉电压，加速电压要超过这个最小值才能引起发光。

可见，随着加速电压的提高，发光亮度也会相应提高。

但是，在高速电子的轰击下，发光屏的温度将要上升，而当温度上升到一定值后发光的亮度将下降，这种现象称为温度猝灭。

2.阴极射线发光材料

国内生产的阴极射线发光材料的成分和性能如教材134页表10-2所示。

10.4.3场致发光材料

1.场致发光的机理

半导体材料在外电场作用下，出现发光现象，称为场致发光。

场致发光材料一般是禁带宽度比较大的半导体。

在使用场致发光材料时，最主要的依据是发光亮度随电压的变化规律

J=J0exp（-b／√V）（10-6）

其中，J为发光亮度，J0、b均为常数，V为外加电压。

实验结果如图10-11所示。

从图可以看出，当VV0时，发光亮度随电压增加呈指数增长。

图10-11场致发光的实验结果

2.场致发光材料

最常用的直流场致发光粉末材料有ZnS:

Mn，Cu可发黄光；ZnS:

Ag可发蓝光，（ZnCd）S:

Ag可发绿光，换配比（ZnCd）S：

Ag可发红光，它们都是在约100V电压下激发。

交流场致发光的效率较高，因此研究和应用较多。

常用的交流电压激发发光材料见表10-3所示。

10.4.4X射线激发发光材料

X射线发光材料在发光材料中使用较早，而且应用量很大。

X射线发光屏就是利用发光材料使X光转换为可见光，并显示成像的。

目前已研制出一系列X射线发光材料，常用的X射线发光材料见表10-5。

（1）钨酸钙。

最早应用于X射线探测的钨酸钙现在仍然被广泛地应用。

这主要由于它吸收效率高，物理化学性质稳定，发光光谱与胶片的灵敏波段相适应等。

（2）硫化物。

硫化物的发光效率较高，像ZnS，CdS这样的材料，通用性较强，也是一类重要的X射线发光材料。

（3）碘化铯。

碘化铯的发光效率和硫化物相同，但它对X射线的吸收效率却比硫化物高，在X射线激发下，总的效率较高，也是一种很好的X射线发光材料。

（4）稀土材料。

稀土材料的发光光谱与钨酸钙的相近，在医用X射线（30～l00keV）的激发下，它的发光效率比钨酸钙的效率还高。

10.5光色材料

材料受光照射后着色，停止光照时，又可逆地退色，这一特性称为材料的光色现象，而把这类材料称为光色材料。

重要的光色材料有光色玻璃和光色晶体等类型。

10.5.1光色玻璃

到目前为止，已发现几百种光色材料，其中光色玻璃是其中一种重要材料。

根据照相化学原理制成的含卤化银的玻璃是一种常见的光色材料。

它以普通的碱金属硼硅酸盐玻璃的成分为基础，加入少量的卤化银，如氯化银（AgCl）、溴化银（AgBr）、碘化银（Agl）或它们的混合物作为感光剂，再加入极微量的敏化剂制成。

加入敏化剂的目的是为了提高光色互变的灵敏度（敏化剂为砷、锑、锡、铜的氧化物）。

将配好的原料采用普通玻璃的制造工艺，经过熔制、退火和适当的热处理就可制得卤化银光色玻璃。

普通照相底片只能使用一次，不能重复使用，它发生的光化学反应是个不可逆的过程。

而光色玻璃遇光变暗，无光退色的光色互变特性即使在反复几十万次以后仍丝毫没有衰退。

这是因为，在光色玻璃中，以极微小的晶粒形式存在的氯化银晶体（颗粒大小仅为5～30nm，），经过光照射后，会发生光化学作用分解成氯原子和银原子。

银原子使玻璃在可见光区产生均匀光吸收而着色变暗。

但由于玻璃本身的不渗透性，银原子不能在玻璃中自由行动，氯原子也跑不出去。

所以，当光照结束后，光分解产生的氯和银原子又重新相逢，生成无色的氯化银，使光色玻璃复明，这就是光色玻璃着色退色过程可逆的原因。

光色玻璃的性能可根据需要进行调节。

改变光色玻璃中感光剂的卤素离子种类和含量，就可调节使光色玻璃由透明变暗所需辐照光的波长范围。

l0.5.2光色晶体

一些单晶体也具有光色互变特性，用白光照射掺稀土元素（Sm）和铕（Eu，音有）的氟化钙（CaF）单晶体时，晶体呈绿色；如果用紫外光照射一下该晶体，绿色就退去，变成无色，如再用白光照射，晶体又会变成绿色。

但其变色机理与光色玻璃有所不同。

l0.5.3光色材料的应用——光存储材料

光色材料一个重要用途是作为光存储材料，用以记录全息图。

光色材料用于全息存储具有如下特点：

（1）存储信息可方便地擦除，并能重复进行信息的擦除和写入；

（2）具有体积存储功能，通过选择参考光束的入射角度，可在一个晶体中存储多个全息图；（3）只要读出时的温度低于存储时的使用温度，就可以实现无损读出。

10.7液晶材料

大多数晶态物质在温度较低时为晶体，加热后变为液体。

然而有一些有机物质，在从固态转变为液态之前，会经历了一个或多个中间状态，其性质介于晶体与液体之间，称为液晶。

10.7.1液晶的结构

液晶的结构按分子排列方式的不同，可以分为三种类型（图10-13）

1.近晶型液晶

能形成这种液晶态的分子，形状为像雪茄一样的短棒状，分子长轴互相平行，而且能排列成层，层与层之间相互平行，分子排列比较整齐，