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在城市化进程中，光污染已成为继大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染之后的一类新兴环境污染。我为大家整理的光污染科技论文，希望你们喜欢。
城市光污染相关问题
摘要：在城市化进程中，光污染已成为继大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染之后的一类新兴环境污染。虽然它的危害显而易见但目前还未列入环境污染防治范畴。随着光污染的危害愈演愈烈，光污染已引起科学家们的重视。针对城市光污染的现状分析其对人类的危害，立法情况，讨论应对措施十分重要。
关键词：城市光污染光污染对交通安全的影响 立法现状 解决对策
中图分类号：TU984文献标识码： A
前言：光污染通常是指过量的光辐射, 包括可见光、紫外与红外辐射对人体健康和人类生存环境造成的负面影响的总称。溢散光、反射光和眩光等在现代城市建筑中所产生的光都可以定义为光污染。(邵力刚，2006)
但是, 由于人们的忽略，我国许多城市不能合理利用灯光照明，有关光污染的研究还停留在光污染概念探讨阶段，没有构建城市光污染综合延缓体系。城市光污染防治是一个系统工程, 不仅涉及政府、企业和广大公众, 而且还需要从规划设计、行政监管、法律法规、技术创新、教育宣传等多层面来研究。
1光污染分类
国际上将光污染分为3 类:
1) 白亮污染：是指阳光照射强烈时, 城市里的玻璃幕墙等反射的光线, 眩眼白亮, 这称为白亮污染。
2) 人工白昼污染：指夜间的室外照明,如商场、酒店的照明等所造成的污染。
3) 彩光污染是指舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯以及闪烁的彩色光源即彩光污染。(王伟武，2008)
随着社会的发展，新型光污染层出不穷。光污染也不仅仅指对人生理心理产生不良影响的光害，也包括有害于环境和其它生物的光害现象，以及城市中杂乱的视觉环境污染。(代杨，2011)
2光污染的产生原因
光污染的社会化是现阶段的普遍问题，然而光污染的产生原因是因为点光源的大量应用。所以如何治理光污染可以从产生原因着手。
城市建设中的光污染原因
社会上为了使建筑物美观，过多使用玻璃墙，使得建筑”闪闪发亮”，但是墙壁反射的光线比阳光更加刺眼，给人的危害可想而知。据测定：白色的粉刷面反射系数为69%～80%、镜面玻璃反射系数为82%～88%，比毛面砖石外装修筑物反射系数大10 倍左右，这就大大超过人们生理上的适应范围。(黄小锦，2011)
刺眼的广告灯、河堤的夜景灯遍布城市的各个角落。夺目的广告灯、夜景灯等将夜空变成了白昼，星空的美景慢慢离人们远去。尤其是大型音乐喷泉的高射灯灯光过于强，像西安、凤县、汉中等地都设有这样的灯具。
路灯使用不当。过多的路灯使得路面灯光过强，有些路灯的位置不当造成人眼的盲区，导致车祸。
建筑工地上高亮度的大灯存在过多。建筑工地所用灯亮度太强，管理不当，影响居民休息。
人们生活的文化观念方面的原因
由于人们对光污染还不是特别了解，所以在人们的意识里并没有对光污染采取防范措施的观念。对于照明人们，人们更多的是关注灯光的美化效果。为了让居室看起来更加“富丽堂皇”，一些家庭选用颜色较亮的瓷砖装修，甚至在室内安装多个镜面、刷白粉墙等，以上这些都是产生光污染的原因。(郝欢，2011)
3光污染的危害与增长
光污染是继四大污染物之后的又一大污染源，并且这一污染源有可能成为21世纪直接影响人类身体健康的又一环境杀手。
光污染的危害
研究发现, 光污染使天文观测的“视力”下降, 误导飞机和候鸟的飞行, 影响视觉辨识, 产生眩光与过热。长时间在光污染环境下工作和生活的人视力急剧下降, 同时产生头昏、心烦、失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。光污染使数量巨大的城市昆虫和鸟类死于非命, 严重破坏了生态平衡。
光污染对人们健康的影响
刺眼眩目的灯光危害人的视觉功能、扰乱大脑神经的功能。孩子对光的刺激格外敏感，受到光的刺激时大脑会产生一系列不良反应。一些年轻父母，在孩子卧室装上长明灯，让孩子“亮睡”，这不仅不会助于孩子睡眠，而且会妨碍孩子钙质吸收，诱发近视甚至白血病等疾患。
光污染对人们生活的影响
光污染给居民生活带来麻烦。夏天玻璃幕墙强烈的反射光进入附近居民楼房内，增加室内温度，影响正常生活。
有些玻璃幕墙是半圆形的，反射光汇聚容易引起火灾。在德国柏林，1987年曾发生一场火灾，元凶就是对面高层玻璃幕墙产生的聚光。
光污染对生态的影响
光污染不仅危害人类健康，而且影响动植物的繁殖，造成数量巨大的城市昆虫死于非命。
大多数动物在晚上不喜欢强光照射，大多会选择黑暗时刻出来觅食，可是夜间室外照明产生的光往往打乱了动物生物钟的节律，通过破坏昆虫在夜间的正常繁殖从而破坏生态平衡。
光污染影响城市环境和气候。
城市照明中的人工白昼光污染，不仅耗电过多，而且消耗了大量的能源。全国很多地方依然实行拉闸限电的措施来控制用电，而多度的人工白昼却使得这些措施变得毫无意义。据统计，全球每年照明耗电约20 000亿度，生产这些电力产生的CO2 和SO2 等废弃物更是造成严重的污染，也加剧了城市的“热岛现象”。
光污染的增长
由于各国对光污染的状况尚没有精确测量和统计, 使得多达99%的人生活在光污染中还依然不知不觉。例如发达国家，德国光污染以每年6%的速度增长, 意大利和日本的增长率估计为10%和12%。近年来, 基于我国城市建筑和照明的大规模增长, 预计光污染增长速度不会低于发达国家,。
4光污染对驾驶安全的影响
光污染对驾驶安全性影响概述
光污染对驾驶安全性影响主要表现在昼光光污染中的白亮污染和夜光光污染中的彩光污染。白天，城市道路两侧建筑物的玻璃幕墙等如镜子般反射阳光，会在瞬间遮住司机的视野，使驾驶员感到头昏目眩，对驾驶员的视觉和心理产生强烈刺激，很容易造成意外交通事故。当夜幕降临时，城市道路两侧五彩缤纷的瀑布灯、广告灯、霓虹灯以及其它汽车灯等也会把驾驶员照得眼花缭乱，引起驾驶员错觉和视觉疲劳。
城市光污染对驾驶安全性影响评价就是建立在对道路光污染状况分析的基础上，通过安全性评价指标的建立对产生光污染的因素进行量化，运用安全性评价指标体系对道路光污染进行分析和评价，将定性的分析转化为定量的分析。根据评价结果判定道路关于光污染的安全等级，可以得出现有的管理措施是否能够满足安全行车的需要。如果不能达到要求，就需要针对在评价过程中所发现的光污染控制的薄弱环节制定相应的安全对策措施以改善状况，同时为相关部门光污染管理政策的提出和实施提供了理论支持。
城市中光污染是一个复杂的系统，由许多相互影响相互制约的因素构成。同时，由于没有法律约束，缺乏有效的管理。随着城市现代化的飞速发展，致使光污染对驾驶安全性的影响更加多样和复杂。
幕墙玻璃光污染已成为都市交通事故隐患
不少高层建筑为追求美观，外围多采用玻璃幕墙设计。但在阳光比较好的时候，玻璃反射太阳光，就造成了光污染。在济南一些路段的某些时间段，驾驶员能被强光刺得睁不开眼睛，行车安全受到影响。比如当建筑物的反射光十分强烈时，驾驶员和副驾驶座上的人都会产生了眩晕感，然后下意识地把头扭到一边，严重时，光污染会对司机造成眩光，导致短暂“失明”，几秒钟后，视觉才慢慢恢复。但这时如果汽车还在行驶，就很有可能发生交通事故。
适度的道路照明能够增加行人的安全感，放松人们的神经，提高交通安全。但是过度的或者不适当的道路照明则会带来眩光，引起眼部不适，影响行人和司机的视觉和情绪，进而损害人们的身心健康，增加交通事故发生率。
5我国光污染的立法现状
从司法实践和理论层面来看，现在人们普遍认为光污染在我国环境保护法领域尚属于立法空白点。但事实上，我国现行民事法律法规中已经具有了处理光污染案件的法律依据，只是民法中对光污染侵害的救济条款尚存在局限性，因此需进一步完善立法以及解决司法实践中具体实施的问题。
《中华人民共和国民法通则》(以下简称《民法通则》)的有关光污染规定《民法通则》第83条规定:“不动产的相邻各方，应当按照有利生产、方便生活、团结互助、公平合理的精神，正确处理截水、排水、通行、通风、采光等方面的相邻关系。给相邻各方造成妨碍或者损失的，应当停止侵害，排除妨碍，赔偿损失。”第124条规定:“违反国家保护环境、防止污染的规定，污染环境造成他人损害的，应当依法承担民事责任。”《民法通则》第83条是规范相邻关系的，虽未直接使用光污染一词，但立法应随着社会发展而完善，该条在列举了截水、排水、通行、通风、采光之后又加上的“等方面”的相邻关系。“采光”是相邻关系的一种，采光权作为一种传统的与财产所有权相关的民事权利，是指相邻各方有权获得生产、生活所必需的充足的光线，因此相邻各方应彼此给予对方方便，以实现各自的权利。光线不足虽然也能引起人们的各种不便，但它毕竟不是由于“人为向环境排入超过环境自净能力的物质或能量”，传统意义上的采光权遭破坏不能算是环境污染。因此有必要对传统民法中的采光权做扩大解释。
光污染侵害并不仅限于相邻的不动产之间，光污染可能因玻璃幕墙、抛光金属板、霓虹灯等建筑物附属物产生，也可能因车灯、探照灯、电焊等流动光线产生。前者由于建筑物为不动产，可采用相邻理论;后者因附属于动产则无法采用该理论。因而运用相邻权理论解决光污染侵害存在局限性。我国现行立法中对光污染侵害的法律适用仅有“相邻关系”的规定，针对造成光污染侵害的行为，受害人可根据邻地利用权的规定主张赔偿其损失(包括精神及人身损失)。鉴于光污染对人身心及精神的损害极大，立法中应赋予公民或法人提起光污染精神损害赔偿诉讼的权利。
6光污染的防治对策与建议
尽快制订我国防治光污染的标准和规范
在规划和建设城市建筑与照明时加入光污染防治内容;加强对建筑材料和照明产品的光污染控制和检测;建立光污染研究、评价和检测体系;学习环保发达国家建立光环境保护区(如黑天空公园)。颁布相关法律措施，减少夜景灯使用，对路灯的灯光强度进行具体规定，尽量减少盲区。厦门市也曾颁布条例“对周围环境会产生光照污染的玻璃幕墙，应采用低辐射率镀膜玻璃或非抛光金属板，不得采用镜面玻璃或抛光金属板等材料”。
宣传光污染的相关知识及其危害
在街头小巷及社区张贴海报，分期摆摊设点展示有关图片。也可以将其编入课本，将学生的知识观念加强，使其对父母产生二次影响。使其对室内灯具装饰谨慎选择，尽量减少对身体的影响。
技术改革
虽然现阶段没有规范技术可以根治光污染，但可以从以下方面规避光污染：例如尽量不用大面积的玻璃幕墙采光,减少污染源;多建绿地,实施绿化工程,改平面绿为立体绿化,大力植树种草,将反射光改为漫反射;是限定夜景照明时间,改造已有照明设施;采用新型节能照明技术;合理选择光源等(张淑琴，2008)
建立和健全监管机制
认真做好防治光污染监督与管理工作，通过相关规章制度做好照明工程的光污染审查、鉴定和验收工作,减少光污染。(邵力刚，2006)。以政府为主导建立监管体系, 从工程实施主体、工程参与客体、工程监管主体等方面构建光污染防控监管体系, 制定相应的管理和监控办法,达到减少光污染的目的。(王伟武，2008)
利用林木减少光污染
林木的作用有很多：减少地表径流风险、改善空气污染。同时，林木作为公路中的绿化带可以减少空气中的汽车尾气含量，形成阻隔避免相向而行的汽车之间的灯光干扰，减少交通事故。可以通过加大林木建设来减少光污染。(袁德华，2010)
结语
人们熟知水、气、声等环境污染，但却忽略对人体有害的光污染。目前，光污染的危害程度有逐渐加剧的趋势，所以每个人都要有自我保护意识。我们要从根源处杜绝“光污染”的发生。城市的建设应该以人为本，应该控制和扬弃干扰人类健康的建设。追求城市的现代化非一个“亮”字所能概括。正如罗马哲言云:“一座城市既然有了历史的光辉，就不必再用灯光来制造明亮。”
参考文献
[1] 邵力刚,刘蓓.城市光污染及其防治措施[J].灯与照明,2006,30(1):13-15.
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[4] 黄小锦. 光污染影响我们的生活[J].北方环境,2011,23(11):255-256.
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[8]杨建中.浅谈城市污染及其防治[J].前沿,1994(8):47-48.
城市中的光污染
摘要 文章首先针对目前广泛存在与城市环境中的光污染问题进行了分析，指出其来源以及对于环境和人类的影响，而后进一步根据分析得到的结论提出了治理光污染的若干方法和可行途径，对于城市中的光污染治理有着一定指导意义。
关键词 城市;光污染;治理;对策
科技的发展，在极力提升人们生活水平的同时，也在从多个侧面对人们的生活状态施加着各种各样的影响。尤其是在城市中，为了追求良好的照明效果以及装饰效果，各种光源以及镜面在城市中层出不穷，然而所有这些，在给人们的生活带来便捷和美感的同时，也给人们的生活以及健康带来了不利影响。光污染目前已经成为城市中重要的污染源之一，必须受到重视并加以治理。
1 光污染的来源与影响
就目前的状况看，所有违背人类生理与心理需求或有损于生理与心理健康的人工光源都属于光污染的范畴，主要包括眩光污染、射线污染、光泛滥、视单调、视屏蔽、频闪等多个方面。在现今社会中，光污染主要来源于如下几个方面：
首先是白亮污染。随着建筑科技的发展，城市美观越来越在建筑领域占据一席之地，玻璃以及陶瓷幕墙的种类层出不穷，随之而来的城市环境光污染也日趋严重。所谓白亮污染，就是城市建筑物中使用的各种具有反射特质的建筑材料对日光进行反射形成，经过反射的光线耀眼夺目，并且在城市中呈现出多角度特征，使得这种光污染充满于城市环境中。相关研究发现，长期处于此种环境之下，对于视网膜和虹膜都有着极大地损伤，视力将随之下降，并且白内障的发病率亦可增长到45%之多，同时白亮污染还能够造成人体亚健康状态，导致食欲下降、情绪低落、身体乏力等问题。除此以外，对于日光的反射还有可能造成室内温度变化，虽然处于特殊功能玻璃幕墙保护之下的建筑会呈现出一定的室内恒温特征，但是经过反射而进入室内的阳光会造成室内温度上升;而如果玻璃幕墙随着建筑物的设计呈现出一定弧度，还有可能造成太阳光的反射汇聚引发火灾;同时，玻璃幕墙对于光的反射作用，也常常会成为交通事故的罪魁祸首。
其次是人工白昼。这主要是指在夜间，人造光源将城市夜空照亮的现象。本来人造光源只会照亮地面附近景物，而照向天空的探照灯虽然在城市中相对不算密集，但因为城市大气中存在的大量粉尘和水蒸汽等悬浮微粒造成的光线漫射作用，使得整个城市夜空都被照亮，最终形成城市上空发亮的现象称作人工白昼。人工白昼对于人类并没有直接的危害，但是对于生物钟存在很大影响。不仅仅城市中生活的昆虫和鸟类的生物钟都会受到影响，就连人类的生物钟也会受到影响，总体而言对于整个生态环境都存在一定的不利影响。
最后是彩光污染。城市中无论是照明景观还是娱乐场所，都会重点考虑其观赏性而安装多种颜色的灯，这一类的灯具通常都由充满稀有气体的灯管来实现对于色泽的控制。但是此类灯发出的光线，其中不仅仅包括各种颜色的可见光，更可能包括一定成分不可见光，对于这一部分不可见光线，有可能存在对于人体有害的光成分。如果长时间收到这些彩光照射，轻则造成亚健康，出现恶心、呕吐、头晕以及失眠等症状，重则甚至有可能导致白血病、白内障、癌症以及其他中枢神经病变。
2 城市光污染治理
关于上文中提到的城市诸多光污染问题，有必要进行深入考察并且提出相应的改善方案。具体而言，可以才去的行动包括如下几个方面。
合理选择建筑材料
无论是室内还是室外建筑材料，其选用都是需要注意的关键问题。在对室外幕墙进行选用的过程中，除了需要考虑到建筑本身内部环境对于幕墙功能的需求以外，还应当注意建筑物本身所处的环境以及环境的需求。建筑处于城市环境中，其存在必然能会对城市环境造成一定的影响，对于光污染方面必须做出必要考虑。对于这一层面而言，一方面楼宇的设计人员应当对相应的环境做出必要考虑，合理选用幕墙;另一方面也应当积极发展幕墙材料，降低白亮污染。同时，对于室内建筑材料的选用，诸如瓷砖等材料，也应当适当进行考虑，避免在居室大面积使用，确保生活环境的合理营造。
注重夜间环境打造
虽然人工白昼对于人类的影响相对比较小，但是当城市中人工白昼的光污染达到一定程度时，窗帘以及百叶窗就无法做到有效遮蔽光源，从而对人体造成影响。在有光的环境下，人类无法进入深度睡眠状态，因此体内激素以及内脏工作都会受到影响，严重危害身体健康。对于这种问题，早有国际黑暗天空协会( International Dark-Sky Association)对城市问题进行关注。城市相关部门也应当积极采取措施，对城市中的人工白昼污染源进行控制，对于夜间照明光源进行登记核查，并且对探照灯严格控制。对于夜间照明以及装饰用电进行时段审核，在打造城市夜间环境的同时为节能做出适当考虑。
落实安全照明
首先需要对目前在使用的照明以及装饰用灯，尤其是彩灯进行核查，确保其安全性，并且对于可能存在健康隐患的灯具进行登记控制，在可能的情况下尽量设定相应的法律法规进行配合控制。此外，还应当积极发展替代的安全照明以及装饰灯具，确保彩光照明的安全。与此同时，应当尽量将光线状态进行量化，加强对于光强度的可控性以及依据。
3 结论
城市中的光污染问题，已经到了危害人类健康的地步，有鉴于此，必须对你其进行正视。对于光污染的治理，一方面需要政府积极出台相应政策进行纠正，另一方面还需要社会范围大力度的宣传，全民参与，才能取得良好的效果。
参考文献
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[5]梁红山.光污染对人体危害及预防.劳动医学，2001，18(4).
对光学问题的研究是牛顿(1642—1727)工作的重要部分之一，亦是他最后未完成的课题。牛顿 1665 年毕业于剑桥大学的三一学院，当时大家都认为白光是一种纯的没有其他颜色的光；而有色光是一种不知何故发生变化的光(亚里斯多德的理论)。1665—1667 年间，年轻的牛顿独自做了一系列实验来研究各种光现象。他把一块三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们将其称作光谱。在他的手里首次使三棱镜变成了光谱仪，真正揭示了颜色起源的本质。1672 年 2 月，牛顿怀着揭露大自然奥秘的兴奋和喜悦，在第一篇正式的科学论文《白光的结构》中，阐述了他的颜色起源学说，“颜色不像一般所认为的那样是从自然物体的折射或反射中所导出的光的性能，而是一种原始的、天生的性质”。“通常的白光确实是每一种不同颜色的光线的混合，光谱的伸长是由于玻璃对这些不同的光线折射本领不同”。 牛顿《光学》著作于 1704 年问世，其中第一节专门描述了关于颜色起源的棱镜分光实验和讨论，肯定了白光由七种颜色组成。他还给这七种颜色进行了命名，直到现在，全世界的人都在使用牛顿命名的颜色。关注材料科学与工程微信公众号，了解更多科学之美。牛顿指出，“光带被染成这样的彩条：紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色，还有所有的中间颜色，连续变化，顺序连接”。正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。 这一实验后人可以不断地重复进行，并得到与牛顿相同的实验结果。自此以后七种颜色的理论就被人们普遍接受了。通过这一实验，牛顿为光的色散理论奠定了基础，并使人们对颜色的解释摆脱了主观视觉印象，从而走上了与客观量度相联系的科学轨道。同时，这一实验开创了光谱学研究，不久，光谱分析就成为光学和物质结构研究的主要手段。
形形色色的光现象在实际生活当中，有很多有趣而奇 妙的光现象。大到吸引全球注意力的日 食、月食，小到肥皂泡上的彩色图案， 只要你留心，随时都能发现自己身边的 光现象。不过，你有没有思考过它们的 原因呢？其实，这些光现象很多都可以 用我们学过的波的知识来解释，现在就 让我们去看一看自己身边奇妙的光现象 吧物理论文——形形色色的光现象 广义范围内的光指全部电磁波。迄今为止，所知的 最长波长为107米左右，最短波长为10-15米左右。 可见光指能引起人视觉的电磁波，其波长约在 ×10-7～×10-7米，它包括从红光到紫光的各 种单色光 。 下面我们将针对可见光谈以下几个问题： 1 光的传播 2 光的反射 3 光的折射 4 光的衍射 5 光的干涉 6 光的散射 7 极光物理论文——形形色色的光现象 一、光的传播 在均匀介质中光沿直线传播。 这条性质我们是司空见惯了。也正 是光的这条性质，使人们费了很大劲才 弄清光的波动性质。究竟有什么现象是 光的直线传播造成的呢？就让我们看一 下吧。物理论文——形形色色的光现象 日食、月食是一重要的 天文现象，是光在同一种均 匀介质中沿直线传播的例 证。物理论文——形形色色的光现象 日全食、日偏食和 日环食 月球的影可以分为本影、半影和伪半 影三部分。月球绕地球的轨道和地球 绕太阳的轨道都不是正圆，所以日、 月同地球之间的距离时近时远。因 此，在日食时，观察者在本影范围看 到太阳全部被月球遮住，称为日全 食；观察者在半影内则见到太阳部分 被月球遮住，称为日偏食；观察者在 伪本影内见到太阳的中间部分被月球 遮住，周边剩下一个光环，称为日环 食。当月球绕地球运行到太阳与地球 之间几乎与太阳同起同落时，从地球 上见不到月球，这时称为朔，日食现 象发生在朔的时候。朔的周期约为 天。但不是每隔天都发生一次日 食，原因是月球绕地球运行的轨道平 面和地球绕太阳运行的轨道平面不完 全重合，两者之间有5°9’的平均夹 角。所以只有当朔时太阳离两个轨道 平面的交点在某一角度以内时才会发 生日食。物理论文——形形色色的光现象 月全食、月偏食与半影月食 月食是月球进入地球阴影，月面变暗的现象。地球在背着太阳的方向 有一条阴影，叫地影。地影分为本影和半影两部分。本影没有受到太 阳直接射来的光，半影受到一部分太阳射来的光。月球在绕地球运行 过程中进入地影后就发生月食。月球整个都进入本影发生月全食；部 分进入本影发生月偏食。月全食和月偏食叫本影月食。有时月球只进 入半影而不进入本影，发生半影月食。 当地球处在太阳与月球之间时，月球朝向地球的一面照满太阳光，从 地球上看月球，月球呈光亮的圆形，这叫望。望的周期与朔相同，月 食只能发生在望的时候。但由于地球与月球运行轨道不在同一平面， 而有一个5°9′的夹角，不是所有望的时候都发生月食。只有当月球 运行到两个轨道平面的交点附近时，月食才可能发生。物理论文——形形色色的光现象 由于地球的本影比 月球大得多，在月 全食时，月球会会 完全进入地球的本 影区内，因此，绝 不会出现月环食这 种现象。 发生月食时， 地面上的观测面积 很大，可覆盖半个 地球，只要是天气 晴朗的夜空就能看 得到。物理论文——形形色色的光现象 本影区是光线完全射不到的地方。点光源生成的影区 周围可以出现亮边，这是由于光的波动性，光遇到障 碍物后，发生衍射的结果。发光体越大，本影区越 小。如白炽灯下的人影很清楚，荧光灯下的人影十分 模糊，就是两者比较而言，白炽灯可看成是点光源， 发光面小；荧光灯的发光面就比白炽灯大得多。医院 里外科手术用的无影灯，就是在一个很大的圆形灯罩 里交错排列或呈环形排列几个到10多个灯球，每个灯 球里有一个镜面灯泡，灯炮下半部的内壁上涂有一层 铝，把光线均匀柔和地反射到整个灯球上。这样，各 个灯球都能把光线照射到手术台上，既保证有足够的 亮度，同时又不留任何影子。物理论文——形形色色的光现象 星光闪烁 夜晚，天上的星星，特别是地平线附近的星星，常以震动的形 式急速变化。时明时暗，上下跳动，左右摇晃。而且有时颜色也 有变化，这就使所谓的星光闪烁，或者说是星星“眨眼”。这是由 于大气处于经常不断地运动中，空气密度也相应地不断变化。又 因为不同光波的折射率是不同的，所以看起来，位置和颜色都不 断地变化。 来自地平线附近的星光，由于穿过的大气层厚，又由于底层大 气变化大，所以闪烁显著。地面的发光物也会有同样的闪烁现 象。 星光闪烁往往反映出大气的不稳定，是天起变化的征兆，所以 有“天上星星跳，风雨就来到”的谚语。 同样的原因，在炎热的夏季，地面上的目标物，由于强烈的增 热，空气密度变化大，大气层不稳定，折射率不断变化，远处看 起来一些树木、房屋等会产生晃动，气象学上称为闪晃。这中闪 晃也和星星闪烁一样，是天起变化的征兆，因为这是大气层不稳 定的表现。物理论文——形形色色的光现象 假设地球表面不存在大气层，那么 人们观察到的日出时刻与实际存在的大 气层的情况相比将延后 。这是由于太阳 光在不均匀的大气层中传播发生弯曲的 原因。海市蜃楼也是介质不均匀造成的 众人皆知的现象。这些现象等说到折射 时再详细说明。物理论文——形形色色的光现象 二、光的反射 我们能够看到的物体有的是光源（自己能发出光 线），有的则是因为它们能反射光。光的反射分为镜 面反射和漫反射，而以漫反射最为常见。光线经光滑 面发生的反射现象。镜反射遵循反射定律，反射光线 是有规律的。平面镜、球面镜及各种曲面的反射都是 镜反射。镜反射能生成各种像，并在适当位置和范围 内能观察到。在现实中，大量的反射都不是在光滑面 上进行的，反射面是粗糙的。在粗糙的表面进行的无 规则反射叫漫反射。漫反射的光线能到各个方向，但 就其中的每条光线而言，都遵循反射规律。一般物 体，我们之所以能从各个方向看到它，就是漫反射的 结果。漫反射在实际中有广泛的应用。物理论文——形形色色的光现象 我们常见的平面镜的反射就是镜面 反射。平行光经镜面反射仍平行。很多 时候我们都利用镜面反射，但有时镜面 反射却是我们要避免的。比如教学用的 黑板，如果太光滑就会造成很多同学看 不清字。这是因为反射光大部分光沿与 镜面反射的路径传播。这时只要把黑板 弄粗糙一些即可。物理论文——形形色色的光现象 当光射到两种媒质界面，只产生反射而不产生 折射的现象叫全反射。当光由光密媒质射向光 疏媒质时，折射角将大于入射角。当入射角增 大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在 光疏媒质中将不出现折射光线，只要入射角大 于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是 全反射。所以，产生全反射的条件是：①光必 须由光密媒质射向光疏媒质。②入射角必须大 于临界角。由于镜面反射常常造成光的能量损 失，常常用全反射透镜代替平面镜。潜望镜就 是这样做的。全反射的应用很广，如改变光的 传播方向、测量折射率和传导光束等。物理论文——形形色色的光现象 三、光的折射 光的折射满足折射定律。其内容如下：①折射线、法线、入射线在同 一平面内。②折射线、入射线在法线的两侧。③折射角的正弦与入射 角的正弦的比值是一常数。 光由光速大的媒质进入光速小的媒质，光线将向法线偏折，即光线配 法线的夹角变小。 在水底有一束光源，光束达到水面然后折射到空气中，当然，也有一 部分光线产生反射。当入射角加大时 ，更多的光线产生反射。当入 射角大于或等于临界角时，发生全反射。临界角是由两个介质的折射 率来决定的： n 是两个介质的折射率。 nair water sinθ nair / nwater crit物理论文——形形色色的光现象 在地球上观察日出时，太阳发出的光线进入大 气层经过无数次折射才映入观察者的眼帘，观察者 认为光是直线传播的，所见太阳好像在如图1-40所示 的S′处的“太阳”乃是阳光经过大气层折射后形成的 虚像。实际上这时的太阳S还在地平线以下。物理论文——形形色色的光现象 透过燃烧得很旺的炉火 上方空气看炉火另一侧竖立 木棍，发现木棍不规则地左 右晃动变得弯曲了，如图所 示，这是由于人眼所见木棍 的虚像密度分布变化的气流 飘移。物理论文——形形色色的光现象 雨后初晴的早晨或傍 晚，或者远处还落着小雨， 另一边又在出太阳，常观察 到天空出现彩虹，这是由于 光的折射产生的色散现象， 如图所示，太阳光进入水滴 后，因各色光的折射率不同 而产生色散。实际上是一部 分光线反射，一部分光线折 射进入水滴，在水滴里面发 生内部反射（全反射）然后 再从水滴折射而出，人眼可 见各色光。物理论文——形形色色的光现象 眼睛 视觉器官。眼睛和照相机相似，一部分是光学成像系统，能够保证在视网膜上形 成外界物体清晰的像；另一部分是与照相底片相似的感光层，即视网膜上的感光 细胞及其外段的光敏色素。 眼球近似于球体，内部的角膜、水样液、晶状体及玻璃体构成屈光系统，起到一 个双凸透镜的作用。眼睛比照相机机构要复杂得多。除了有一套自动调节控制机 制外还能把光携带的信息变成神经电信号并经过初步加工处理传到大脑。 眼睛有一套自动调节控制机制，即能使远处的物体成像在视网膜上，也能使近处 的物体成像在视网膜上。其原因是晶状体本身是有弹性的，可以靠周围肌肉的运 动改变它的表面的弯曲程度，从而改变其焦距。因此眼睛是一种精巧的变焦距系 统。眼睛要看清一个物体，除了像要成在视网膜上以外，还需要成在视网膜上的 像足够的明亮，这主要靠瞳孔的调节，瞳孔的大小是可以改变的，改变它就可以 控制进入眼球的光线的多少，它的作用像照相机的光圈。另外眼睛要看清楚一个 物体还要满足第三个条件，就是物体的两端对眼睛光心所张的视角要大于1分。当 物体对眼睛所张的视角小于1分的时候，在视网膜上所成的像就会落在同一个感光 细胞上，整个物体看上去就会缩成了一点无从分辨。 物体上射出的光一部分进入眼睛在视网膜上成一实像，我们就看清了物体。眼睛 不仅能看清物体，而且还能看清物体通过光学系统所成的虚像，虚像是反射光线 或折射光线的反向延长线形成的，但这些反射光线或折射光线进入眼睛后能在视 网膜上成一实像。 人们眼球的焦距只有厘米左右，所以观察的物体一般总在眼睛的两倍焦距以 外，它在视网膜上所成的像是缩小倒立的实像，由于长时间的感受已养成习惯， 脑神经能清楚地识别各种物体，不至有上下倒置、左右易位的感觉。物理论文——形形色色的光现象 近视眼 一种远点为有限距离的非正常眼，这种眼睛的折光本 领比正常的眼睛大些，或者角膜到视网膜的距离比正 常的眼睛长些。晶状体在曲率最小的时候，也不能把 平行光束会聚在视网膜上（而是聚在视网膜前），这 种眼睛远点不是无限远，只适于看较近的物体，近点 也比10厘米小，要使这种眼睛能够看清楚无限远的物 体，必须把物体在视网膜前所成的像，移到视网膜 上。矫正近视眼的方法是配带一副用凹透镜做的眼 镜，利用这种透镜对于光束的发散作用可以使得物体 所成的像远一点，刚好成在视网膜上。青少年多患近 视眼，因此应该注意眼睛的保健
引言 光全息学是在现代激光的发现之后才迅速发展起来的，本文将就光全息学的一些主要的研究课题进行探讨，并针对一些应用课题进行研究。现代光全息学的起源,发展和人物,新型应用,本文将告诉你. 利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光波前的全部信息都储存在记录介质中，这样记录下来的干涉条纹图样称为“全息图”，而当用光波照射全息图时，由于衍射原理能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维象，这个波前记录和重现过程称为“全息术”或“全息照相” 光束全息照相由盖伯于1948年提出的，而当时没有足够强的相干辐射源全息研究处于萌芽时期。当时的全息照相采用汞灯为光源，且是同轴全息图，它的+/-1级衍射波是分不开的，即存在所谓的“孪生像”问题，不能获得很好的全息像。这是第一代全息图。1960年激光的出现，1962年美国科学家利思和乌帕特尼克斯将通信理论中的射频概念推广到空域中，提出离轴全息术，他用离轴的参考光照射全息图，使全息图产生三个在空间互相分离的衍射分量，其中一个复制出原始物光，第一代全息图的两大难题因此得以解决，产生了激光记录，激光再现的第二代全息图。当代光全息学发展主要课题有：1. 球面透镜光学系统2. 光源和光学技术3. 平面全息图分析4. 体积全息图衍射5. 脉冲激光全息学6. 非线性记录，散斑和底片颗粒噪声7. 信息储存8. 彩色全息学9. 合成全息图10. 计算机产生全息图11. 复制，电视传输和非相干光全息图而伴随光全息学的发展也产生一些光全息技术应用，比如高分辨率成像，漫射介质成像，空间滤波，特征识别，信息储存与编码，精密干涉测量，振动分析，等高线测量，三维图象显示等方面的用途。本论文将就当代光全息学的研究与应用两大课题进行学术研究一． 当代光全息学研究 球面透镜不仅能形成光振幅分布的影象，而且易形成该分布的傅立叶变换图形。因此，用一个简单透镜可使物光在全息平面上成为某原始图形的傅立叶变换。存储在全息图中的变换所具有的特性，在光学图形识别中有重要的应用。透镜，作为形成影象的器件，可以在全息术中用来构成像面全息图。一个透镜可以形成：a.傅立叶变换和b.输入复振幅分布的影象 由于利用激光光源来制作全息图片，使得全息学开始成为一门实用的学科。对形成全息图所用光源提出的要求取决于由于物体和必要的光学部件的安排所决定的参数。从单一光源取得物波和参考波有如下图所示两种普通方法：A. 分波前法B. 分振幅法 在光源与全息图之间（通过物表面或参考镜的反射）传播的光线的最大光程差必须小于相干长度。激光的相干性与激光器的振荡模式有关，就全息术而论，它要求在任一个横模振荡的激光器的空间相干的辐射，由于高介模的振荡较不稳定，并有以两个或者多个模式同时振荡的倾向，因此最好的振荡模式是最底阶的模式。激光束的输出功率必须分成物体照明波和参考波。若物体要求从不止一个角度（以消除阴影），就需要将激光束分成好几束，一般采用分振幅法，因分振幅法能产生较均匀的照明，而且对光束的展宽要求小，既可以在分配前也可以在分配后展宽。平面全息图分析用非散射光记录的共线全息图上的条纹间隔与感光乳剂的厚度相比为较宽的。照明这张全息图的波前中的一条光线在通过全息图前只和一条记录条纹相互作用。因此全息图的响应近似于一个有聚焦特性的平面衍射光栅。加伯在分析这些特性时是把这样的全息图严格地当作二维的。用对二维模型分析的结果也很符合实验观察。在应用利思与乌帕尼克首先采用的离轴技术所得到的全息图上，其条纹频率则超过共线全息图，超过了量正比于物光束与参考光束之间的夹角。条纹间隔的典型值可以考虑由两平面波的干涉得到。正弦强度分布的周期d可以由下式决定：2dsinθ=λ, θ为波法线与干涉条纹间的夹角，波长λ，条纹间隔d式中当θ=15°，λ=微米（绿光）时，则d=1微米。记录离轴全息图的感光乳剂的厚度通常为15微米，实际上，在这样的乳剂中记录的全息图已不能当作是二维的了。因此重要的是要记录住平面全息图的分析结果只能准确地应用于使用相当薄的介质所形成的全息图。体积全息图衍射基本的体积全息图对相干照明的响应可以用偶合波理论来描述。假设有两个在yz平面传播的并具有单位振幅的平面波，其进入记录介质并进行干涉的情况，按折射定律，有sin /sin =sin /sin =nn为记录介质的折射率； 及 分别表示两个波在空气中与z轴的夹角； 及 则为两个波在介质中与z轴的夹角。布拉格定律可以用空气中的波长 ，全息片介质折射率 写成如下形式： 2dsinθ= / 体积全息图的特性由布拉格定律确定，因此对照明显示出选择响应。 二.光全息学典型应用高分辨率成像当一张全息图用与制作全息图参考光束共轭的光束照明时，在理论上能再现没有像差没有畸变的物波，其投影实象的分辨率仅受全息图边界衍射的限制。由于分辨率将随全息图尺寸的增加而增加。由于全息图可以做的很大，因此可以指望在现场大到5×5厘米时空间频率高到1000线/毫米。显然此种情况下放大率为1，但1：1的高分辨率投影成像，在集成电路的光刻工艺中有重要的潜在应用。将光刻掩模精密成象在半导体薄片上的工作，目前是用接触印象法来完成的。但这方法很快就会使模板损坏。用投影方法将影象转移到薄片上是一理想的可供选择的方法，但要非常优良和非常昂贵的镜头才能使投影的掩模象达到要求的分辨率和视场。当用相干光源照明制作全息图时，摄影乳剂的收缩，表面变形，非线性及洽谈噪声源的影响就更大了。它们可使图象产生斑纹，衬度降低和边缘模糊，这些缺陷又是用光刻法制作集成电路所不允许的。新的，更稳定的材料可能是这些问题的解答。特征识别由空间调制参考波形成的傅立叶变换全息图的许多特性，曾被范德鲁等人用于特征识别。他们采用全息法作成的空间滤波器完成了“匹配滤波”在特征识别中的应用。匹配滤波与概念，形成与应用可由下图说明 当要把形成的空间滤波器作为特征识别时，在输入平面内z轴上方部分是一个由平面波透明的，在不透明背景上包含M个透明字符的透明片。我们将这一组字符阵列的透过率表示为 这里所有字符均围绕 点对称分布， 是阵列中的一个典型字符，其中心在 点。另外，在输入平面内 处，有一光强度为 δ 的明亮的点光源,并在空间频率面εη面上形成一张傅立叶变换全息图。这一全息图可以看作是t 与δ函数形成的平面波干涉的记录。但是当全息图完成识别功能时，仅由透过t的一小部分，即通过入射平面内的一个或几个字符的光所照明，我们将会看到，在输出平面上我们所关心的再现，是表示识别结果的一个明亮的象点。信息储存与编码全息图既可以存储二维信息也可以存储三维信息。信息可以是彩色的或者编码的，图象的或者字母数字的；可以存储在全息图的表面，或存储在整个体积中；可以为空间上分离的，或者重叠的；可以是永久记录或者是可以消象的。记录的内容可以是彼此无关的或者相互成对的；可以是可辨认的影象或似乎是无意义的图形。现代光全息学的发展前景十分广阔,而其实用技术必然会实现普及,有识之士当携手共同研究以促进社会进步.
光的干涉应用的新进展 光的干涉无处而不在，如在日光照射下，肥皂泡的薄层色及昆虫翅膀上的彩色便是最明显的例子。这仅在生活中光的干涉便随处可见，那么在它的实际应用岂不更让人意想不到。光的干涉最要的前提条件就是：必须满足传播方向相同、初相位恒定、频率相同。对于光干涉最开始的意愿是为了测单色光的波长，然而现在我们熟悉的照相机便也运用了光的干涉，普通照相是把照相机的镜头对着被拍摄的物体，让从物体上反射的光进入镜头，在感光底片上产生物体的像。感光底片上记录的是从物体上各点反射出来的光的强度。一、全息照相是应用光的干涉来实现的。它用激光（是良好的相干光）作光源。全息照相的原理如图所示，激光束被分成两部分：一部分射向被摄物体，另一部分射向反射镜（这束光叫参考光束）。从物体上反射出来的光（叫做物光束）具有不同的振幅和相位，物光束和从反射镜来的参考光束都射到感光片上，两束光发生干涉，在感光片上产生明暗的干涉条纹，感光片就成了全息照相。干涉条纹的明暗记录了干涉后光的强度，干涉条纹的形状记录了两束光的位相关系。 从全息照片的干涉条纹上不能直接看到物体的像，为了现出物体的像，必须用激光束（参考光束）去照射全息照片，当参考光束通过全息照片时，便复现出物光束的全部信息，于是就能看到物体的像。二、光学千涉生物传感器的建立及其在多种生物分子识别中的应用1.光学千涉生物传感器系统的设置(1)光学干涉生物传感器的硬件构成 (2)聚荃乙烯薄膜厚度与光学常数的测定及软件的编译2.光学干涉生物传感器敏感膜的构建3.光学干涉生物传感器在多种类型分子识别中的应用(1)酶标记的表面抗原一表面抗体相互作用(2)寡核昔酸分子杂交实验(3) L一天冬酞胺酶B细胞表位的筛选(4)不同细胞与固定化凝集素的相互作用三、当前光刻技术的主要研究领域及进展 1．光学光刻 光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形"刻"在涂有光刻胶的硅片上，限制光刻所能获得的最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率直接相关，而减小光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因此，开发新型短波长光源光刻机一直是国际上的研究热点。 2．极紫外光刻（EUVL）极紫外光刻用波长为10-14纳米的极紫外光作 光源。虽然该技术最初被称为软X射线光刻，但实际上更类似于光学光刻。所不同的是由于在材料中的强烈吸收，其光学系统必须采用反射形式。如果EUVL得到应用，它甚至可能解决2012年的微米及以后的问题，对此发展应予以足够重视。总的来说，随着科学技术的迅速发展，在科学和技术领域中人们不断地利着光的干涉原理解决了许多复杂的实际问题。让我们更加深刻的认识光的干涉现象，以便日后更好的利用光的干涉知识解决生产及生活中的问题
随着社会的不断进步，人民对提高生活质量的需求，尤其是对视力保健的关注度越来越高。统计数据表明， 中国 在校小学生佩戴眼镜的人数比例达到30％，中学生为50％，而大学生则达到了75％，成为名符其实的眼镜王国”。 一、应社会需求 发展 起来的新学科 1988年，中国计量 科学 研究院(以下简称“计量院”)组织了新中国成立以来首次、也是北京市第一次眼镜市场的产品质量调查。根据英国标准化协会(BSI)的标准，京城20多家大眼镜店被抽查的上千副眼镜的质量合格率不足10％。 为此，我国著名光学专家王大珩院士率先向社会发出呼吁：眼镜是保健用品，不是一般的商品，全社会都应陔关注消费者的视力健康!一些政协委员和人大代表电纷纷提出提案，建议国家有关部门对眼镜行业进行治理和整顿。 眼镜质量问题引起了原国家技术监督局的高度重况和关注．眼镜立即在“质量万里行”活动中被列为重点监督的产品。计量院正是从这时开始涉足眼科光学领计量和检测标准的研究的。近20年过去了，具有中国旖色的眼科光学计量取得了长足的发展和进步。 二、眼科光学与相关产业密切结合、与其他学科相巨交叉 眼科光学是集眼科学、计量学、光学和光学仪器、验光学、眼镜学、像质评价技术、光电检测技术、光谱光度学、神经学、生物学、材料学、制造工艺等为一体的新兴的边缘学科。眼科光学计量是眼科诊断、 治疗 、视力矫正和眼保健的基础保证。 根据国际标准化组织(ISO)的专业划分，至少有五大产业领域与眼科光学密切相关，它们是眼镜镜片、眼科仪器、角膜接触镜、人工晶体和个体眼部防护用品。由此可见，眼科光学又是医疗卫生、眼镜行业和光学 工业 的结合体。 三、具有中国特色的眼科光学计量体系 根据日益增长的国际市场和贸易全球化的需要，20世纪80年代中期，ISO在IS0C172“光学和光子学”标准化技术委员会下面设立了SC7“眼科光学和仪器”标准化分技术委员会。由于信息不畅以及行业划分的制约，中国的眼科光学计量研究与国际IS0C172，sC7的建立虽然同步，却又毫不相干。而国际计量界的同行们，无论是德国联邦物理技术研究院(PTB)、美国国家标准与技术研究院(NIST)，还是英国国家物理实验室(NPL)，都还没有开展这一领域的研究。 命运注定，中国眼科光学计量的生存、确立和发展必须自主创新。 1。独创性 由于有了计量院这样一支实力雄厚的技术队伍的实质性介入，仅仅十几年，中国已经开始步人国际先进水平的行列。 在国家质检总局的大力支持下．计量院会同全国质监系统先后研究建立了顶焦度计量基准、验光机顶焦度工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准等一系列有代表性的基、标准装置，并在全国范围内建立了具有中国特色的顶焦度量值传递和溯源体系，如图1所示。 纵观国际眼科光学大家庭，中国的眼科光学计量颇具独创性。正如国际计量局局长瓦拉德于2005年下半年参观计量院眼科光学实验室时所说的：“我在你们这里看到了一片新天地。” 2．建标与量值传递的新模式 传统的计量工作，往往是先投入巨资研究检测装置，待建立计量基准或计量标准后，再对社会开展周期检定和量值溯源。 计量院在开展眼科光学计量研究的初期．面临着技术上走哪条路的抉择。由于服科光学计量服务的对象是一个个不同的生命体，从某种意义上说．如果初期没有选择好突破口，计量检定方法不能通过临床医学的考验，就不可能得到今天医学界的承认，更不会被国内外市场广泛使用并接受，也绝无可能发展到今天的规模和水平。回顾 历史 ，眼科光学计量所实现的突破在于： (1)选择了以动态或在线检测为研究目标 事实证明，这种模式能够较好地适应眼镜行业或医学界在使用现场进行动态测量或在线校准和检测的需求显然，传统的、基于静态或分量程的工业计量模式，以及高成本低使用率的计量建标和检定模式．不适于眼科临床医学的需求。而中国自主研发的各种眼科光学计量标准器具，如标准镜片和标准模拟眼等，则以其高科技含量、低成本高使用率、便于携带等显著特点．一下子就被国内外客户广泛接受，并占领了市场。 (2)以Map手段实现量值传递的新模式 面对具有3．6亿用户的眼镜市场，我们只有通过大面积的建标和计量检定，才能有效控制眼镜行业的产品质量，才能保证全国范围内顶焦度量值的统一。而Map了用客传递手段，就像勾画一张全国地图一样，把顶焦度一级或二级标准、验光机顶焦度标准、瞳距仪检定装置、透射比计量标准装置、角膜曲率计检定标准等通过自上而下的逐级推广、很快就覆盖了全国除 台湾 和西藏以外的大部分省、市地区计量所，甚至远销海外。这种新模式，满足了我国眼镜行业分布区域大、计量检定贯穿始终、无所不在的市场的需求。 四、计量基标准与科研成果转化 眼科光学领域内的基本物理量是顶焦度——VertexPowero 围绕着顶焦度这个重要物理量，我国先后研究建立了各项基(标)准，并将其迅速转化为市场上可流通的商用计量标准器具。例如：“顶焦度标准镜片”、“主观式和客观式标准模拟眼”、“接触镜顶焦度专用标准镜片”、“眼镜片透射比测量装置”、“瞳距仪计量检定装置”和“商用瞳距仪样机”、“角膜曲率计标准器”等。 上述计量标准器具均可直接用于对眼科光学计量仪器进行强制检定和计量校准，且具有包容性强、较长期的适应性、研究费用低廉、易于操作和大范围推广等优点，有利于调动地方质监部门的积极性。 上下齐抓共管大好局面的形成，使我国政府对眼科光学领域的产品质量实施市场监督的目标能够落到实处。 五、发挥龙头作用、形成计量院与地方技术机构双赢的局面 眼科光学计量之所以能够在短短十几年里取得如此快速的发展．并为提高我国眼镜行业产品质量的提高作出举足轻重的贡献，除了计量院自身的努力之外，另一个重要的原因就是这项工作得到了全国各地质监部门的积极响应和大力协助。 目前．除台湾、西藏以外的大多数省市级的计量和质检机构都开展了眼科光学计量检定和产品质量监督工作．各地技术机构直接使用计量院提供的计量标准器具。这种“统一研制、统一推广、统一培训、统一周期检定”的“四个统一”模式有效解决了巨大市场需求下的量值溯源和量值统一问题，使将原来看起来十分复杂和困难的技术管理和市场监督工作变得简化和顺畅起来。 眼科光学计量走出了一条计量为国民 经济 服务、为社会发展服务、为提高人民生活质量和身体健康服务的新思路，不但使社会和国民从中受益，也形成了计量院与地方技术机构双赢共进的新局面。 六、中国眼科光学计量研究实现“从零的突破到质变的跨越” 眼科光学计量所走过的路。为计量科学技术的发展开拓了广阔的研究领域，使计量科学更贴近生活，更贴近国民经济。也锻炼和造就了一批了解市场、了解 企业 需求。通过为社会服务而发现和寻找科研方向的新型的科技人员。 顶焦度计量标准(基准)、验光机工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准的相继研发成功。确立了计量院在国内眼科光学领域的“科研龙头”地位．同时。为提高中国在国际眼科光学界的地位赢得了关键的一票。
稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘 要本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+AbstractThis paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+目 录摘要Abstract第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介 稀土离子能级 晶体场理论 基质晶格的影响 上转换发光材料的发展概况 上转换发光的基本理论 激发态吸收 光子雪崩上转换 能量传递上转换 敏化机制与掺杂方式 敏化机制 掺杂方式 上转换发光材料的应用 本论文研究目的及内容 8第二章 红外激光显示材料的合成与表征 红外激光显示材料的合成 实验药品 实验仪器 样品的制备 红外激光显示材料的表征 XRD 荧光光谱 12第三章 结果与讨论 基质材料的确定 助熔剂的选择 烧结时间的确定 烧结温度的确定 掺杂浓度的确定 17结 论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。稀土发光材料具有许多优点：（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。稀土离子能级稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。 基质晶格的影响基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。 上转换发光材料的发展概况发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。 上转换发光的基本理论通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。激发态吸收激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。图1-1 上转换的激发态吸收过程 光子雪崩上转换光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。图1-2 光子雪崩上转换能量传递上转换能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递（e）合作敏化上转换能量传递图1-3 几种能量传递过程的示意图稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：Itamin ∝ Iexcitationn其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。 敏化机制与掺杂方式 敏化机制通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：Dexc+A→D+AexcD表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。（1）直接上转换敏化对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。图1-4 直接上转换敏化（2）间接上转换敏化由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。图1-5 间接上转换敏化 掺杂方式表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。表1-1 常见的掺杂体系稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化 上转换发光材料的应用稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。 本论文研究目的及内容Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。第二章 红外激光显示材料的合成与表征经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。 红外激光显示材料的合成 实验药品（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。（2）ErF3、YbF3的配制制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2OYb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。 实验仪器SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂） 样品的制备（1）实验方法本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。（2）实验步骤根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：图2-1 实验流程图 红外激光显示材料的表征 XRDX射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo 鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。
很好写啊，光电工程毕业论文，我写的是《LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布研究》，不过几万字的研究生论文自己完成还要工作，肯定没时间。还是同事给我的莫文网，有专业老师帮忙写就是快，专业的说
随着社会的不断进步，人民对提高生活质量的需求，尤其是对视力保健的关注度越来越高。统计数据表明， 中国 在校小学生佩戴眼镜的人数比例达到30％，中学生为50％，而大学生则达到了75％，成为名符其实的眼镜王国”。 一、应社会需求 发展 起来的新学科 1988年，中国计量 科学 研究院(以下简称“计量院”)组织了新中国成立以来首次、也是北京市第一次眼镜市场的产品质量调查。根据英国标准化协会(BSI)的标准，京城20多家大眼镜店被抽查的上千副眼镜的质量合格率不足10％。 为此，我国著名光学专家王大珩院士率先向社会发出呼吁：眼镜是保健用品，不是一般的商品，全社会都应陔关注消费者的视力健康!一些政协委员和人大代表电纷纷提出提案，建议国家有关部门对眼镜行业进行治理和整顿。 眼镜质量问题引起了原国家技术监督局的高度重况和关注．眼镜立即在“质量万里行”活动中被列为重点监督的产品。计量院正是从这时开始涉足眼科光学领计量和检测标准的研究的。近20年过去了，具有中国旖色的眼科光学计量取得了长足的发展和进步。 二、眼科光学与相关产业密切结合、与其他学科相巨交叉 眼科光学是集眼科学、计量学、光学和光学仪器、验光学、眼镜学、像质评价技术、光电检测技术、光谱光度学、神经学、生物学、材料学、制造工艺等为一体的新兴的边缘学科。眼科光学计量是眼科诊断、 治疗 、视力矫正和眼保健的基础保证。 根据国际标准化组织(ISO)的专业划分，至少有五大产业领域与眼科光学密切相关，它们是眼镜镜片、眼科仪器、角膜接触镜、人工晶体和个体眼部防护用品。由此可见，眼科光学又是医疗卫生、眼镜行业和光学 工业 的结合体。 三、具有中国特色的眼科光学计量体系 根据日益增长的国际市场和贸易全球化的需要，20世纪80年代中期，ISO在IS0C172“光学和光子学”标准化技术委员会下面设立了SC7“眼科光学和仪器”标准化分技术委员会。由于信息不畅以及行业划分的制约，中国的眼科光学计量研究与国际IS0C172，sC7的建立虽然同步，却又毫不相干。而国际计量界的同行们，无论是德国联邦物理技术研究院(PTB)、美国国家标准与技术研究院(NIST)，还是英国国家物理实验室(NPL)，都还没有开展这一领域的研究。 命运注定，中国眼科光学计量的生存、确立和发展必须自主创新。 1。独创性 由于有了计量院这样一支实力雄厚的技术队伍的实质性介入，仅仅十几年，中国已经开始步人国际先进水平的行列。 在国家质检总局的大力支持下．计量院会同全国质监系统先后研究建立了顶焦度计量基准、验光机顶焦度工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准等一系列有代表性的基、标准装置，并在全国范围内建立了具有中国特色的顶焦度量值传递和溯源体系，如图1所示。 纵观国际眼科光学大家庭，中国的眼科光学计量颇具独创性。正如国际计量局局长瓦拉德于2005年下半年参观计量院眼科光学实验室时所说的：“我在你们这里看到了一片新天地。” 2．建标与量值传递的新模式 传统的计量工作，往往是先投入巨资研究检测装置，待建立计量基准或计量标准后，再对社会开展周期检定和量值溯源。 计量院在开展眼科光学计量研究的初期．面临着技术上走哪条路的抉择。由于服科光学计量服务的对象是一个个不同的生命体，从某种意义上说．如果初期没有选择好突破口，计量检定方法不能通过临床医学的考验，就不可能得到今天医学界的承认，更不会被国内外市场广泛使用并接受，也绝无可能发展到今天的规模和水平。回顾 历史 ，眼科光学计量所实现的突破在于： (1)选择了以动态或在线检测为研究目标 事实证明，这种模式能够较好地适应眼镜行业或医学界在使用现场进行动态测量或在线校准和检测的需求显然，传统的、基于静态或分量程的工业计量模式，以及高成本低使用率的计量建标和检定模式．不适于眼科临床医学的需求。而中国自主研发的各种眼科光学计量标准器具，如标准镜片和标准模拟眼等，则以其高科技含量、低成本高使用率、便于携带等显著特点．一下子就被国内外客户广泛接受，并占领了市场。 (2)以Map手段实现量值传递的新模式 面对具有3．6亿用户的眼镜市场，我们只有通过大面积的建标和计量检定，才能有效控制眼镜行业的产品质量，才能保证全国范围内顶焦度量值的统一。而Map了用客传递手段，就像勾画一张全国地图一样，把顶焦度一级或二级标准、验光机顶焦度标准、瞳距仪检定装置、透射比计量标准装置、角膜曲率计检定标准等通过自上而下的逐级推广、很快就覆盖了全国除 台湾 和西藏以外的大部分省、市地区计量所，甚至远销海外。这种新模式，满足了我国眼镜行业分布区域大、计量检定贯穿始终、无所不在的市场的需求。 四、计量基标准与科研成果转化 眼科光学领域内的基本物理量是顶焦度——VertexPowero 围绕着顶焦度这个重要物理量，我国先后研究建立了各项基(标)准，并将其迅速转化为市场上可流通的商用计量标准器具。例如：“顶焦度标准镜片”、“主观式和客观式标准模拟眼”、“接触镜顶焦度专用标准镜片”、“眼镜片透射比测量装置”、“瞳距仪计量检定装置”和“商用瞳距仪样机”、“角膜曲率计标准器”等。 上述计量标准器具均可直接用于对眼科光学计量仪器进行强制检定和计量校准，且具有包容性强、较长期的适应性、研究费用低廉、易于操作和大范围推广等优点，有利于调动地方质监部门的积极性。 上下齐抓共管大好局面的形成，使我国政府对眼科光学领域的产品质量实施市场监督的目标能够落到实处。 五、发挥龙头作用、形成计量院与地方技术机构双赢的局面 眼科光学计量之所以能够在短短十几年里取得如此快速的发展．并为提高我国眼镜行业产品质量的提高作出举足轻重的贡献，除了计量院自身的努力之外，另一个重要的原因就是这项工作得到了全国各地质监部门的积极响应和大力协助。 目前．除台湾、西藏以外的大多数省市级的计量和质检机构都开展了眼科光学计量检定和产品质量监督工作．各地技术机构直接使用计量院提供的计量标准器具。这种“统一研制、统一推广、统一培训、统一周期检定”的“四个统一”模式有效解决了巨大市场需求下的量值溯源和量值统一问题，使将原来看起来十分复杂和困难的技术管理和市场监督工作变得简化和顺畅起来。 眼科光学计量走出了一条计量为国民 经济 服务、为社会发展服务、为提高人民生活质量和身体健康服务的新思路，不但使社会和国民从中受益，也形成了计量院与地方技术机构双赢共进的新局面。 六、中国眼科光学计量研究实现“从零的突破到质变的跨越” 眼科光学计量所走过的路。为计量科学技术的发展开拓了广阔的研究领域，使计量科学更贴近生活，更贴近国民经济。也锻炼和造就了一批了解市场、了解 企业 需求。通过为社会服务而发现和寻找科研方向的新型的科技人员。 顶焦度计量标准(基准)、验光机工作基准、角膜接触镜顶焦度工作基准的相继研发成功。确立了计量院在国内眼科光学领域的“科研龙头”地位．同时。为提高中国在国际眼科光学界的地位赢得了关键的一票。
光电成像系统与人眼视觉的匹配问题论文
摘 要 ：以电视、激光成像和热成像系统为代表的光电成像系统在军事和民用上有着广泛的用途，但光电成像系统与人眼视觉的匹配问题仍是按现有理论和方法难以准确解释或定量描述的普遍问题。从理论上阐述了此问题的本质，说明了在这种匹配系统中存在系统的最佳匹配，且匹配状态直接影响光电成像系统的总体设计，并对如何描述这种关系进行一些说明和分析。
关键词 ：光电技术论文
前言：对光电成像系统性能的评价主要涉及光学系统和光电成像系统的优化。在对光电成像系统的优化过程中，涉及材料、机械和电子等多门学科。随着科技的不断发展，阵列探测器更新换代的速度相对较快，为了满足阵列探测器的发展需求，加强对光电成像系统的研究，并且对其进行性能优化具有重要的价值。
1.对光电成像系统的性能优化
对光电成像系统的性能优化目标主要是对光学和电学内容进行设计，并且提升光电成像系统的性能，同时降低系统的制作成本。在光电成像系统中，探测器的性能主要是由电荷扩散、几何尺寸和位相时钟等因素决定。在使用的过程中，探测器的性能同样受到环境、运输和温度等因素的影响。
在设计师对光学系统进行设计时，要根据成像倍率和瞬时视场角来决定光学系统的焦距;并且要根据信噪比来设计孔径;同时要根据尺寸来设计相应的视场角;另外，要根据使用换环境和加工难度来设计相应的传递函数余量。在理想的光学系统设计中，艾里斑直径为λF，光学系统函数的截止频率为1/λF，探测器函数的截止频率为1/d，当艾里斑直径为1个像元时，艾里斑直径为d，光学函数截止频率为。但是当艾里斑为一个像元时，系统明显的缺乏采样，继而会导致探测器受到一定程度的限制。当系统传递相应的频谱时，将会导致成像失真[1]。
针对系统成像的失真问题，设计师在设计系统的过程中，可以采用增加空间采样频率的方式来提升系统的分辨率。其主要体现在以下几个方面：第一，当系统的艾里斑直径为2个像元时，系统同样欠缺采样，这种设计方式主要应用于航空相机和空间相机，其传递函数相比于设计值较低。第二，当艾里斑函数为3个像元时，光电系统的.传递函数较为容易达到，其一般应用于中小型的光电成像系统。第三，当艾里斑函数为4个像元时，光电系统的分辨率相对较高，适用于实验室等设计环境。由此可见，在光电成像系统的性能优化设计中，增加系统空间采样频率的方式可以较好的提升系统的分辨率，进而可以达到光电系统的使用性能[2]。
2 系统误差对函数的影响
在光学成像系统的设计中，由于涉及、制造和使用的过程中会出现相应的误差，继而会降低传递函数，从而会影响光电成像系统的使用性能。根据科学研究显示，其影响性能的因素主要体现在以下几个方面：
波像差对函数的影响
在光学系统的设计中，波像差会对系统的分辨率产生较大的影响，而在系统的设计中，加工环境、设计和使用等变化均可以影响波像差的变化，从而会影响光电成像系统的使用性能。在光电系统的设计中，其下降因子与波像差之间的关系如公式1所示：
在公式1中，Wmrs是系统的波像差，单位是波长，ATF(v)是函数的下降因子，表示空间频率。当系统的Wmrs=，，和时，系统的下降因子会达到在最低值。因此，在设计师设计光学成像系统的过程中，需要对波像差和函数下降因子进行合理的分析，以便可以保证系统的使用性能[3]。
离焦对函数的影响
在光学成像系统的设计中，需要对系统进行调焦，当调焦过程中出现误差，对系统的函数会产生较大的影响。当离焦的弥散斑直径是d的时候，离焦的函数如公式2所示：
在公式2中，MTF(u)为离焦，当探测器像元的尺寸分别为10%d-d时，离焦函数的下降幅度越来越大。在设计师设计系统的过程中，为了保证系统的分散率，必须将探测器的像元尺寸控制在30%d以内，以便可以保证光电成像系统的使用效率。
像移对函数的影响
在光电成像系统的使用过程中，在曝光时间内，像在像面内会出现移动，从而会在一定程度上导致函数下降。像移主要包括线性异动、高频随机振动和正弦振动。当系统的线性位移数值为d时，系统函数如公式3所示：
在公式3中，ud主要代表空间频率，当系统探测器像元的尺寸分别为10%d、20%d、30%d、40%d、50%d和d时，像移的下降幅度会逐渐增大。
在光电成像系统的设计过程中，光电的函数主要是由波像差、离焦和像移的乘积得到。对于光学遥感中的光电成像系统，在设计的过程中，可以将空间频率设置在左右，在光电系统加工后，其函数应该控制在左右。而系统最终应用的函数应该控制在左右[4]。因此，在光电成像系统的使用过程中，只有设计师根据实际使用要求来进行设计，才可以达到最佳的使用性能。
3 系统的平均传递函数
在光电成像系统中，光学传递函数在线性空间内属于不变的系统，但是探测器取样会不断的发生变化。在系统的使用中，为了满足系统的使用需求，设计师可以采用平均函数的方式来表示空间频率的变化，以便可以更好的对光电成像系统的性能进行优化。在光电成像系统的使用中，随着系统sin函数和cos数值的不断增加，系统的相位值会逐渐缩小，并且逐渐趋于标准理论值。在数据的使用过程中，规定相应的相位等于0.因此，在光电成像系统的设计过程中，设计师应该尽量的减少函数的数值，以便可以保证系统的分辨率。
4 系统的信噪比
在光电成像系统的使用过程中，信噪比是影响系统的重要指标。在信噪比的使用过程中，主要分为红外系统信噪比和光系统信噪比。其分别如公式4和公式5所示。
在公式4中，主要表示红外系统的信噪比，其中F为孔径数，L为地面的辐射亮度。通过公式4，可以较好的对系统的数值进行计算。
在公式5中，Se为信号电子数，Ne为噪声电子数，De为暗信号输出的电子数。在系统的设计中，设计师要根据实际情况来合理的选择信噪比的数值。
结语：光电成像系统的设计关系着其分辨率的大小，继而会影响人们对光电系统的使用性能。希望通过本文的相关介绍，设计师在设计光电成像系统的过程中，可以合理的设计像移、离焦和波像差，以便可以更好的提升光电系统的使用性能。
参考文献：
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在城市化进程中，光污染已成为继大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染之后的一类新兴环境污染。我为大家整理的光污染科技论文，希望你们喜欢。
城市光污染相关问题
摘要：在城市化进程中，光污染已成为继大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染之后的一类新兴环境污染。虽然它的危害显而易见但目前还未列入环境污染防治范畴。随着光污染的危害愈演愈烈，光污染已引起科学家们的重视。针对城市光污染的现状分析其对人类的危害，立法情况，讨论应对措施十分重要。
关键词：城市光污染光污染对交通安全的影响 立法现状 解决对策
中图分类号：TU984文献标识码： A
前言：光污染通常是指过量的光辐射, 包括可见光、紫外与红外辐射对人体健康和人类生存环境造成的负面影响的总称。溢散光、反射光和眩光等在现代城市建筑中所产生的光都可以定义为光污染。(邵力刚，2006)
但是, 由于人们的忽略，我国许多城市不能合理利用灯光照明，有关光污染的研究还停留在光污染概念探讨阶段，没有构建城市光污染综合延缓体系。城市光污染防治是一个系统工程, 不仅涉及政府、企业和广大公众, 而且还需要从规划设计、行政监管、法律法规、技术创新、教育宣传等多层面来研究。
1光污染分类
国际上将光污染分为3 类:
1) 白亮污染：是指阳光照射强烈时, 城市里的玻璃幕墙等反射的光线, 眩眼白亮, 这称为白亮污染。
2) 人工白昼污染：指夜间的室外照明,如商场、酒店的照明等所造成的污染。
3) 彩光污染是指舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯以及闪烁的彩色光源即彩光污染。(王伟武，2008)
随着社会的发展，新型光污染层出不穷。光污染也不仅仅指对人生理心理产生不良影响的光害，也包括有害于环境和其它生物的光害现象，以及城市中杂乱的视觉环境污染。(代杨，2011)
2光污染的产生原因
光污染的社会化是现阶段的普遍问题，然而光污染的产生原因是因为点光源的大量应用。所以如何治理光污染可以从产生原因着手。
城市建设中的光污染原因
社会上为了使建筑物美观，过多使用玻璃墙，使得建筑”闪闪发亮”，但是墙壁反射的光线比阳光更加刺眼，给人的危害可想而知。据测定：白色的粉刷面反射系数为69%～80%、镜面玻璃反射系数为82%～88%，比毛面砖石外装修筑物反射系数大10 倍左右，这就大大超过人们生理上的适应范围。(黄小锦，2011)
刺眼的广告灯、河堤的夜景灯遍布城市的各个角落。夺目的广告灯、夜景灯等将夜空变成了白昼，星空的美景慢慢离人们远去。尤其是大型音乐喷泉的高射灯灯光过于强，像西安、凤县、汉中等地都设有这样的灯具。
路灯使用不当。过多的路灯使得路面灯光过强，有些路灯的位置不当造成人眼的盲区，导致车祸。
建筑工地上高亮度的大灯存在过多。建筑工地所用灯亮度太强，管理不当，影响居民休息。
人们生活的文化观念方面的原因
由于人们对光污染还不是特别了解，所以在人们的意识里并没有对光污染采取防范措施的观念。对于照明人们，人们更多的是关注灯光的美化效果。为了让居室看起来更加“富丽堂皇”，一些家庭选用颜色较亮的瓷砖装修，甚至在室内安装多个镜面、刷白粉墙等，以上这些都是产生光污染的原因。(郝欢，2011)
3光污染的危害与增长
光污染是继四大污染物之后的又一大污染源，并且这一污染源有可能成为21世纪直接影响人类身体健康的又一环境杀手。
光污染的危害
研究发现, 光污染使天文观测的“视力”下降, 误导飞机和候鸟的飞行, 影响视觉辨识, 产生眩光与过热。长时间在光污染环境下工作和生活的人视力急剧下降, 同时产生头昏、心烦、失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。光污染使数量巨大的城市昆虫和鸟类死于非命, 严重破坏了生态平衡。
光污染对人们健康的影响
刺眼眩目的灯光危害人的视觉功能、扰乱大脑神经的功能。孩子对光的刺激格外敏感，受到光的刺激时大脑会产生一系列不良反应。一些年轻父母，在孩子卧室装上长明灯，让孩子“亮睡”，这不仅不会助于孩子睡眠，而且会妨碍孩子钙质吸收，诱发近视甚至白血病等疾患。
光污染对人们生活的影响
光污染给居民生活带来麻烦。夏天玻璃幕墙强烈的反射光进入附近居民楼房内，增加室内温度，影响正常生活。
有些玻璃幕墙是半圆形的，反射光汇聚容易引起火灾。在德国柏林，1987年曾发生一场火灾，元凶就是对面高层玻璃幕墙产生的聚光。
光污染对生态的影响
光污染不仅危害人类健康，而且影响动植物的繁殖，造成数量巨大的城市昆虫死于非命。
大多数动物在晚上不喜欢强光照射，大多会选择黑暗时刻出来觅食，可是夜间室外照明产生的光往往打乱了动物生物钟的节律，通过破坏昆虫在夜间的正常繁殖从而破坏生态平衡。
光污染影响城市环境和气候。
城市照明中的人工白昼光污染，不仅耗电过多，而且消耗了大量的能源。全国很多地方依然实行拉闸限电的措施来控制用电，而多度的人工白昼却使得这些措施变得毫无意义。据统计，全球每年照明耗电约20 000亿度，生产这些电力产生的CO2 和SO2 等废弃物更是造成严重的污染，也加剧了城市的“热岛现象”。
光污染的增长
由于各国对光污染的状况尚没有精确测量和统计, 使得多达99%的人生活在光污染中还依然不知不觉。例如发达国家，德国光污染以每年6%的速度增长, 意大利和日本的增长率估计为10%和12%。近年来, 基于我国城市建筑和照明的大规模增长, 预计光污染增长速度不会低于发达国家,。
4光污染对驾驶安全的影响
光污染对驾驶安全性影响概述
光污染对驾驶安全性影响主要表现在昼光光污染中的白亮污染和夜光光污染中的彩光污染。白天，城市道路两侧建筑物的玻璃幕墙等如镜子般反射阳光，会在瞬间遮住司机的视野，使驾驶员感到头昏目眩，对驾驶员的视觉和心理产生强烈刺激，很容易造成意外交通事故。当夜幕降临时，城市道路两侧五彩缤纷的瀑布灯、广告灯、霓虹灯以及其它汽车灯等也会把驾驶员照得眼花缭乱，引起驾驶员错觉和视觉疲劳。
城市光污染对驾驶安全性影响评价就是建立在对道路光污染状况分析的基础上，通过安全性评价指标的建立对产生光污染的因素进行量化，运用安全性评价指标体系对道路光污染进行分析和评价，将定性的分析转化为定量的分析。根据评价结果判定道路关于光污染的安全等级，可以得出现有的管理措施是否能够满足安全行车的需要。如果不能达到要求，就需要针对在评价过程中所发现的光污染控制的薄弱环节制定相应的安全对策措施以改善状况，同时为相关部门光污染管理政策的提出和实施提供了理论支持。
城市中光污染是一个复杂的系统，由许多相互影响相互制约的因素构成。同时，由于没有法律约束，缺乏有效的管理。随着城市现代化的飞速发展，致使光污染对驾驶安全性的影响更加多样和复杂。
幕墙玻璃光污染已成为都市交通事故隐患
不少高层建筑为追求美观，外围多采用玻璃幕墙设计。但在阳光比较好的时候，玻璃反射太阳光，就造成了光污染。在济南一些路段的某些时间段，驾驶员能被强光刺得睁不开眼睛，行车安全受到影响。比如当建筑物的反射光十分强烈时，驾驶员和副驾驶座上的人都会产生了眩晕感，然后下意识地把头扭到一边，严重时，光污染会对司机造成眩光，导致短暂“失明”，几秒钟后，视觉才慢慢恢复。但这时如果汽车还在行驶，就很有可能发生交通事故。
适度的道路照明能够增加行人的安全感，放松人们的神经，提高交通安全。但是过度的或者不适当的道路照明则会带来眩光，引起眼部不适，影响行人和司机的视觉和情绪，进而损害人们的身心健康，增加交通事故发生率。
5我国光污染的立法现状
从司法实践和理论层面来看，现在人们普遍认为光污染在我国环境保护法领域尚属于立法空白点。但事实上，我国现行民事法律法规中已经具有了处理光污染案件的法律依据，只是民法中对光污染侵害的救济条款尚存在局限性，因此需进一步完善立法以及解决司法实践中具体实施的问题。
《中华人民共和国民法通则》(以下简称《民法通则》)的有关光污染规定《民法通则》第83条规定:“不动产的相邻各方，应当按照有利生产、方便生活、团结互助、公平合理的精神，正确处理截水、排水、通行、通风、采光等方面的相邻关系。给相邻各方造成妨碍或者损失的，应当停止侵害，排除妨碍，赔偿损失。”第124条规定:“违反国家保护环境、防止污染的规定，污染环境造成他人损害的，应当依法承担民事责任。”《民法通则》第83条是规范相邻关系的，虽未直接使用光污染一词，但立法应随着社会发展而完善，该条在列举了截水、排水、通行、通风、采光之后又加上的“等方面”的相邻关系。“采光”是相邻关系的一种，采光权作为一种传统的与财产所有权相关的民事权利，是指相邻各方有权获得生产、生活所必需的充足的光线，因此相邻各方应彼此给予对方方便，以实现各自的权利。光线不足虽然也能引起人们的各种不便，但它毕竟不是由于“人为向环境排入超过环境自净能力的物质或能量”，传统意义上的采光权遭破坏不能算是环境污染。因此有必要对传统民法中的采光权做扩大解释。
光污染侵害并不仅限于相邻的不动产之间，光污染可能因玻璃幕墙、抛光金属板、霓虹灯等建筑物附属物产生，也可能因车灯、探照灯、电焊等流动光线产生。前者由于建筑物为不动产，可采用相邻理论;后者因附属于动产则无法采用该理论。因而运用相邻权理论解决光污染侵害存在局限性。我国现行立法中对光污染侵害的法律适用仅有“相邻关系”的规定，针对造成光污染侵害的行为，受害人可根据邻地利用权的规定主张赔偿其损失(包括精神及人身损失)。鉴于光污染对人身心及精神的损害极大，立法中应赋予公民或法人提起光污染精神损害赔偿诉讼的权利。
6光污染的防治对策与建议
尽快制订我国防治光污染的标准和规范
在规划和建设城市建筑与照明时加入光污染防治内容;加强对建筑材料和照明产品的光污染控制和检测;建立光污染研究、评价和检测体系;学习环保发达国家建立光环境保护区(如黑天空公园)。颁布相关法律措施，减少夜景灯使用，对路灯的灯光强度进行具体规定，尽量减少盲区。厦门市也曾颁布条例“对周围环境会产生光照污染的玻璃幕墙，应采用低辐射率镀膜玻璃或非抛光金属板，不得采用镜面玻璃或抛光金属板等材料”。
宣传光污染的相关知识及其危害
在街头小巷及社区张贴海报，分期摆摊设点展示有关图片。也可以将其编入课本，将学生的知识观念加强，使其对父母产生二次影响。使其对室内灯具装饰谨慎选择，尽量减少对身体的影响。
技术改革
虽然现阶段没有规范技术可以根治光污染，但可以从以下方面规避光污染：例如尽量不用大面积的玻璃幕墙采光,减少污染源;多建绿地,实施绿化工程,改平面绿为立体绿化,大力植树种草,将反射光改为漫反射;是限定夜景照明时间,改造已有照明设施;采用新型节能照明技术;合理选择光源等(张淑琴，2008)
建立和健全监管机制
认真做好防治光污染监督与管理工作，通过相关规章制度做好照明工程的光污染审查、鉴定和验收工作,减少光污染。(邵力刚，2006)。以政府为主导建立监管体系, 从工程实施主体、工程参与客体、工程监管主体等方面构建光污染防控监管体系, 制定相应的管理和监控办法,达到减少光污染的目的。(王伟武，2008)
利用林木减少光污染
林木的作用有很多：减少地表径流风险、改善空气污染。同时，林木作为公路中的绿化带可以减少空气中的汽车尾气含量，形成阻隔避免相向而行的汽车之间的灯光干扰，减少交通事故。可以通过加大林木建设来减少光污染。(袁德华，2010)
结语
人们熟知水、气、声等环境污染，但却忽略对人体有害的光污染。目前，光污染的危害程度有逐渐加剧的趋势，所以每个人都要有自我保护意识。我们要从根源处杜绝“光污染”的发生。城市的建设应该以人为本，应该控制和扬弃干扰人类健康的建设。追求城市的现代化非一个“亮”字所能概括。正如罗马哲言云:“一座城市既然有了历史的光辉，就不必再用灯光来制造明亮。”
参考文献
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城市中的光污染
摘要 文章首先针对目前广泛存在与城市环境中的光污染问题进行了分析，指出其来源以及对于环境和人类的影响，而后进一步根据分析得到的结论提出了治理光污染的若干方法和可行途径，对于城市中的光污染治理有着一定指导意义。
关键词 城市;光污染;治理;对策
科技的发展，在极力提升人们生活水平的同时，也在从多个侧面对人们的生活状态施加着各种各样的影响。尤其是在城市中，为了追求良好的照明效果以及装饰效果，各种光源以及镜面在城市中层出不穷，然而所有这些，在给人们的生活带来便捷和美感的同时，也给人们的生活以及健康带来了不利影响。光污染目前已经成为城市中重要的污染源之一，必须受到重视并加以治理。
1 光污染的来源与影响
就目前的状况看，所有违背人类生理与心理需求或有损于生理与心理健康的人工光源都属于光污染的范畴，主要包括眩光污染、射线污染、光泛滥、视单调、视屏蔽、频闪等多个方面。在现今社会中，光污染主要来源于如下几个方面：
首先是白亮污染。随着建筑科技的发展，城市美观越来越在建筑领域占据一席之地，玻璃以及陶瓷幕墙的种类层出不穷，随之而来的城市环境光污染也日趋严重。所谓白亮污染，就是城市建筑物中使用的各种具有反射特质的建筑材料对日光进行反射形成，经过反射的光线耀眼夺目，并且在城市中呈现出多角度特征，使得这种光污染充满于城市环境中。相关研究发现，长期处于此种环境之下，对于视网膜和虹膜都有着极大地损伤，视力将随之下降，并且白内障的发病率亦可增长到45%之多，同时白亮污染还能够造成人体亚健康状态，导致食欲下降、情绪低落、身体乏力等问题。除此以外，对于日光的反射还有可能造成室内温度变化，虽然处于特殊功能玻璃幕墙保护之下的建筑会呈现出一定的室内恒温特征，但是经过反射而进入室内的阳光会造成室内温度上升;而如果玻璃幕墙随着建筑物的设计呈现出一定弧度，还有可能造成太阳光的反射汇聚引发火灾;同时，玻璃幕墙对于光的反射作用，也常常会成为交通事故的罪魁祸首。
其次是人工白昼。这主要是指在夜间，人造光源将城市夜空照亮的现象。本来人造光源只会照亮地面附近景物，而照向天空的探照灯虽然在城市中相对不算密集，但因为城市大气中存在的大量粉尘和水蒸汽等悬浮微粒造成的光线漫射作用，使得整个城市夜空都被照亮，最终形成城市上空发亮的现象称作人工白昼。人工白昼对于人类并没有直接的危害，但是对于生物钟存在很大影响。不仅仅城市中生活的昆虫和鸟类的生物钟都会受到影响，就连人类的生物钟也会受到影响，总体而言对于整个生态环境都存在一定的不利影响。
最后是彩光污染。城市中无论是照明景观还是娱乐场所，都会重点考虑其观赏性而安装多种颜色的灯，这一类的灯具通常都由充满稀有气体的灯管来实现对于色泽的控制。但是此类灯发出的光线，其中不仅仅包括各种颜色的可见光，更可能包括一定成分不可见光，对于这一部分不可见光线，有可能存在对于人体有害的光成分。如果长时间收到这些彩光照射，轻则造成亚健康，出现恶心、呕吐、头晕以及失眠等症状，重则甚至有可能导致白血病、白内障、癌症以及其他中枢神经病变。
2 城市光污染治理
关于上文中提到的城市诸多光污染问题，有必要进行深入考察并且提出相应的改善方案。具体而言，可以才去的行动包括如下几个方面。
合理选择建筑材料
无论是室内还是室外建筑材料，其选用都是需要注意的关键问题。在对室外幕墙进行选用的过程中，除了需要考虑到建筑本身内部环境对于幕墙功能的需求以外，还应当注意建筑物本身所处的环境以及环境的需求。建筑处于城市环境中，其存在必然能会对城市环境造成一定的影响，对于光污染方面必须做出必要考虑。对于这一层面而言，一方面楼宇的设计人员应当对相应的环境做出必要考虑，合理选用幕墙;另一方面也应当积极发展幕墙材料，降低白亮污染。同时，对于室内建筑材料的选用，诸如瓷砖等材料，也应当适当进行考虑，避免在居室大面积使用，确保生活环境的合理营造。
注重夜间环境打造
虽然人工白昼对于人类的影响相对比较小，但是当城市中人工白昼的光污染达到一定程度时，窗帘以及百叶窗就无法做到有效遮蔽光源，从而对人体造成影响。在有光的环境下，人类无法进入深度睡眠状态，因此体内激素以及内脏工作都会受到影响，严重危害身体健康。对于这种问题，早有国际黑暗天空协会( International Dark-Sky Association)对城市问题进行关注。城市相关部门也应当积极采取措施，对城市中的人工白昼污染源进行控制，对于夜间照明光源进行登记核查，并且对探照灯严格控制。对于夜间照明以及装饰用电进行时段审核，在打造城市夜间环境的同时为节能做出适当考虑。
落实安全照明
首先需要对目前在使用的照明以及装饰用灯，尤其是彩灯进行核查，确保其安全性，并且对于可能存在健康隐患的灯具进行登记控制，在可能的情况下尽量设定相应的法律法规进行配合控制。此外，还应当积极发展替代的安全照明以及装饰灯具，确保彩光照明的安全。与此同时，应当尽量将光线状态进行量化，加强对于光强度的可控性以及依据。
3 结论
城市中的光污染问题，已经到了危害人类健康的地步，有鉴于此，必须对你其进行正视。对于光污染的治理，一方面需要政府积极出台相应政策进行纠正，另一方面还需要社会范围大力度的宣传，全民参与，才能取得良好的效果。
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光的干涉应用的新进展 光的干涉无处而不在，如在日光照射下，肥皂泡的薄层色及昆虫翅膀上的彩色便是最明显的例子。这仅在生活中光的干涉便随处可见，那么在它的实际应用岂不更让人意想不到。光的干涉最要的前提条件就是：必须满足传播方向相同、初相位恒定、频率相同。对于光干涉最开始的意愿是为了测单色光的波长，然而现在我们熟悉的照相机便也运用了光的干涉，普通照相是把照相机的镜头对着被拍摄的物体，让从物体上反射的光进入镜头，在感光底片上产生物体的像。感光底片上记录的是从物体上各点反射出来的光的强度。一、全息照相是应用光的干涉来实现的。它用激光（是良好的相干光）作光源。全息照相的原理如图所示，激光束被分成两部分：一部分射向被摄物体，另一部分射向反射镜（这束光叫参考光束）。从物体上反射出来的光（叫做物光束）具有不同的振幅和相位，物光束和从反射镜来的参考光束都射到感光片上，两束光发生干涉，在感光片上产生明暗的干涉条纹，感光片就成了全息照相。干涉条纹的明暗记录了干涉后光的强度，干涉条纹的形状记录了两束光的位相关系。 从全息照片的干涉条纹上不能直接看到物体的像，为了现出物体的像，必须用激光束（参考光束）去照射全息照片，当参考光束通过全息照片时，便复现出物光束的全部信息，于是就能看到物体的像。二、光学千涉生物传感器的建立及其在多种生物分子识别中的应用1.光学千涉生物传感器系统的设置(1)光学干涉生物传感器的硬件构成 (2)聚荃乙烯薄膜厚度与光学常数的测定及软件的编译2.光学干涉生物传感器敏感膜的构建3.光学干涉生物传感器在多种类型分子识别中的应用(1)酶标记的表面抗原一表面抗体相互作用(2)寡核昔酸分子杂交实验(3) L一天冬酞胺酶B细胞表位的筛选(4)不同细胞与固定化凝集素的相互作用三、当前光刻技术的主要研究领域及进展 1．光学光刻 光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模集成电路器件的结构图形"刻"在涂有光刻胶的硅片上，限制光刻所能获得的最小特征尺寸直接与光刻系统所能获得的分辨率直接相关，而减小光源的波长是提高分辨率的最有效途径。因此，开发新型短波长光源光刻机一直是国际上的研究热点。 2．极紫外光刻（EUVL）极紫外光刻用波长为10-14纳米的极紫外光作 光源。虽然该技术最初被称为软X射线光刻，但实际上更类似于光学光刻。所不同的是由于在材料中的强烈吸收，其光学系统必须采用反射形式。如果EUVL得到应用，它甚至可能解决2012年的微米及以后的问题，对此发展应予以足够重视。总的来说，随着科学技术的迅速发展，在科学和技术领域中人们不断地利着光的干涉原理解决了许多复杂的实际问题。让我们更加深刻的认识光的干涉现象，以便日后更好的利用光的干涉知识解决生产及生活中的问题
舞台灯光是在演员活动的舞台范围内，根据剧情的需要恰当地运用灯光组合，创造出充满生动而又灵魂的空间，让观众展现戏剧的全部含义并得到圆满的视觉艺术效果。我为大家整理的关于舞台灯光的科学论文，希望你们喜欢。
舞台灯光解析
〔摘要〕光的概念为大家所熟知。在现代表演舞台上，光的运用是一个非常重要的不可缺少元素。舞台灯光的千变万化展现出了他的魅力。舞台效果只有在灯光的辅助下，才具有视觉感染力和冲击力。本文就怎样设计和运用舞台灯光来达到其预期的效果做了独特的解析。
〔关键词〕舞台灯光灯光效果灯光塑造
在现代舞台表演中，光线的合理设计和运用使整个剧情层次分明、充满活力，富有灵气、富有生命力。舞台灯光是在演员活动的舞台范围内，根据剧情的需要恰当地运用灯光组合，创造出充满生动而又灵魂的空间，让观众展现戏剧的全部含义并得到圆满的视觉艺术效果。而要达到这种视觉效果，灯光的强度、灯光的色彩、灯光的分布区域和灯光的运动变化将起到非常重要的作用。
一、灯光强度
最初舞台灯光的核心作用就是照明。随着舞台艺术的快速发展以及现代灯光技术的不断进步，现代舞台灯光的作用和技术日趋完善，已经成为现代舞台艺术不可缺少的重要的组成部分。
舞台灯光给观众带来丰富多彩的视觉效果，光的强弱以及色彩的合理变化让观众根据剧情产生一种联想和暗示，随着剧情的变化设计出舞台灯光随之发生变化，让观众心理产生相应的情绪和感情上的变化，可以给观众带来更多的情感体验。
舞台灯光在观众视觉中所感受的明暗程度我们称之为―――光强。光强对舞台演出的照明起着决定性的作用，同时又有着重要的造型功能。它也对舞台剧情的变化起着重要的作用，对人物和景物的造型起着引导性作用。
在舞台灯光设计和运用中，光强的不同对观众的心理和情感产生冲击。明亮的灯光给带来观众轻松和欢快氛围，而暗淡的灯光给观众一种悲凉和凄苦暗示，如果灯光全部熄灭，整个舞台一片黑暗，观众就会有一种紧张压抑的感受。可以说舞台上有光才能显现表演中的人物和景物的造型。光愈亮、那么形象愈突出;光渐暗，那么形象也会渐隐。观众们在欣赏习惯上肯定是将视线及注意力朝向明亮处观看。运用光强效果，起到引导和集中观众的主要视线;同时利用光的强弱和对比，可以增强舞台画面的立体感、空间感及深远感。灯光的灵活设计及运用主要以观众感受到的光线来确定。主观性效果关系更多的是观众。
二、灯光色彩
在舞台灯光的设计运用中，根据光源、光强和光色等要素进行综合考虑，带给观众深入其境的画面感和时空感，从而能够更好的实现舞台烘染效果。灯光的颜色给观众一种最为直观的情感印象，观众从舞台灯光色彩的变化中感知心理的情感诉求。虽然灯光和色彩物理现象，但通过灯光和色彩的变化给观众带来不同的感情的心理反射。在舞台灯光的设计和运用中，考虑色彩的要素将对舞台剧情有直接影响。通过色彩的变化，可以营造不同的舞台环境和情景模式，为舞台剧情人物表演提供氛围支持。
舞台上光的色彩我们称之为“光色”。光色在渲染剧情、气氛及表现情感的造型要素等方面，起着重要作用，是最复杂的舞台因素之一。舞台灯光是舞台色彩的主要来源，对灯光色彩的运用来渲染不同场景所需要的情感诉求。温暖的颜色可以让观众感觉较为温和的情感，而较为阴暗的色彩又让观众的情绪较为低沉。所以灯光色彩的合理设计和运用对于舞台剧情及人物和景物都极为重要。通过灯光颜色的变化，营造出不同剧情所需要的舞台氛围，给观众带来一种情感上的共鸣，使剧情得到完美展现。
在舞台剧情演绎过程中，色彩可以引发观众丰富的联想和审美体验。如红色能够让人想到火、血、太阳、战争等等，也可以体现出热烈、喜庆以及温暖的气氛，也可以让人感到恐怖、死亡和疼痛。但是，具有不同文化背景及民族习惯的人所联想的色彩及审美体验有所不同，因此灯光色彩要灵活运用。在设计舞台灯光的过程中，可以运用光色来展示色彩效果。也可以运用光色的象征或含义，进而来烘托气氛和渲染剧情，这样就可以展示出人物形象的情绪变化，很好地烘托演出气氛。在设计舞台场景的灯光色彩中，首先要设计好总体布局，然后要设计好所营造色彩效果的主调。在表演区运用色光的过程中，色光要简练、鲜明，显示出它的主要特征。此外，还要利用色光技巧来把握它的艺术效果，确保主调明确，更为鲜明地展示剧情主体，才能很好地烘托剧情，凸显人物形象的表现。此外，还要把握好全剧色调，变换场次之间的主调，这样也可以形成起伏变化的全剧光色。
三、灯光运用
在灯光的运用中，如何发挥光强和光色对舞台整体效果的烘托和整个剧情的熏染作用，是我们为之需要思考的问题。
在灯光设计时，根据剧情的需要，首先要确定灯光的主色，然后再确定什么颜色作为辅色。即要保证每个场景的光强和光采都具有明显的色彩和气氛倾向，又要在整体的设计与运用中形成的色彩效果上具有突出的主调。在表演区的灯光设计中，最重要的应该是简练鲜明、特征突出。在光色的运用技巧上，要把控好舞台剧情艺术效果，使色彩的主调明确，那么剧情就能够更加个性鲜明。
在现代舞台灯光的设计和运用中，要重视用对比手法来营造出独具匠心的舞台气氛，使舞台色彩的效果更加明快、更加鲜明。在具体的设计中，最常用字的对比手法主要有：一是明暗对比;二是不同色调的对比;三是冷暖光的对比等等。运用这些手法可以有效提高舞台灯光的色彩效果。
为了更好突出舞台剧情的主题等要素，在光色的应用中，除了运用对比手法外，还要有色彩的变化来烘托剧情及人物和景色特点。在灯光设计时，要从整个剧情发展的角度来考虑整体色调的运用。根据场次主调的变化来调整剧情光色的起伏变化，使整个剧情更加丰富多彩。
在舞台灯光的设计运用中，要充分考虑整体画面色彩及尺寸，要让观众观赏剧情时对光色的选择及变化能够获得一种视觉上的美感享受。为了达到这种满意的效果，在灯光设计和运用时，要将每场次剧情融入设计中，让光色的选择以及光强的变化能够更好的为人物和景物服务，这样灯光的设计将更加具视觉效果和表演效果。
在舞台灯光设计时，光色和光强的运用也要考虑到舞台和剧情的整体风格。要以剧情的发展来考虑设计光色和光强，根据不同的场景、人物造型等要素，通过不同的光色和光强的运用来实现所需要的效果。另外，在设计时可以融入更多现代化技术元素，以满足观众日益提升的艺术追求。 四、灯光效果
舞台灯光最重要的效果是创设剧情气氛、体现出舞美的张力、塑造舞台时人物、形象，突出剧情主题，体现艺术时尚。在舞台剧情的发展过程中，通过灯光效果的不断变换，让其灯光色彩和变换明暗组合，可以形成如日出、日落、闪烁湖光、夜中灯影以及雷雨闪电等场景效果。
为使舞台灯光达到剧情所需要的理想效果，在设计中要充分运用光强、光采和光色等技术来营造一种让观众感觉到一种真实的舞台表演氛围。结合剧情的需要设计出光线和色彩的不断变化给观众心理带来难忘的情绪起伏，使作品的艺术感染力得以增强。
在舞台灯光设计中，最具效果的灯光运用应该是光色，光色能够实现较为理想的舞台艺术效果。
其一，光色可以构成一个完成的画面。光色具有灵性，可以把观众的视觉维度拉深、拉宽，制造一种视觉上的三维空间感觉。光色具有的这种要素，表达了色彩具有一定的空间自由性。光色可以从多维度对舞台剧情进行雕刻及修饰，表现出一定的空间性、整体性和统一性。
其二，光色的运用所起到的效果能够有效的激活舞台空间，可以让观众在有限的空间和时间里，感受到一种空间层次和时间远近的层次变化，让观众从色彩的变化来进行联想从而感受到剧情的变化，灵活多样的色彩变化可以带给观众不同的视觉冲击，使舞台的剧情具有丰富层次感。
其三，光色的运用所起到的效果能够更好的刻划剧情人物的心理状态，调节剧情气氛，突出舞台主题，变化多端的色彩运用技巧使舞台剧情能够表现出不同的视觉及情感效果。在灯光的设计运用中，可以综合考虑剧情人物及场景变化的需要，设计出合理的光色对比计划，让观众在光色的运用中体会到舞台人物形象和感情色彩的变化，享受光色给舞台剧情带来的魅力。
结语
在现代舞台表演中，灯光对剧情、人物和景物的塑造影响深远。灯光是舞台艺术的灵魂，是舞台艺术重要的构成元素。在舞台艺术中，舞台灯光设计和运用可以改变剧情的时空概念，塑造出剧情所需要的人物形象与心理预期。(责任编辑：谭博薇)
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浅析舞台灯光技术
摘要：本文笔者介绍了舞台灯光的 发展 ，组成，舞台灯光控制系统结构及设备安装的位置与功能，并阐述了舞台灯光的配电、控制以及工程设计中相关的技术知识。
关键字：舞台灯光，控制系统，通讯模块
自从舞台产生，舞台照明随之成为舞台组成的部分。舞台照明，贵在突出视觉、写实、审美和表现四大要素。经历了多年演变。逐渐发展成今天比较完善和先进的照明系统。戏剧的第一个繁荣期，出现在两千多年前的古希腊。当时的剧场都是露天或半露天的。 舞台的照明都靠天上那巨大无比的“灯”— — 太阳， 所以只能在白天演出。而夜晚休息娱乐的需要、露天演出易受天气 影响 等客观弊端及戏剧的发展使舞台灯光成了人们必须解决的 问题 。
剧场照明设计是否成功，是以舞台灯光的处理是否得当为标志。舞台灯光不仅要照亮演员，让观众看清面部表情、神态和动作，更重要的是充分运用照明技术，调动灯光操作等手段来强化 艺术 效果，使观众有身临其境之感。舞台灯光的安装部位、功能及灯具配置舞台灯光按其使用功能主要分为两种：可调光的调光回路;不可调光的直放回路。舞台照明方式一般分为三种：
a。一般照明。指顶光和伸出式舞台作为部分顶光的吊点灯环，以及葡萄架上、天桥上的照明。
b。重点照明。指面光、耳光、柱光、侧光、脚光、流动光和伸出式舞台的低角度面光、内(外)侧光、转台流动光以及乐池内设置的供接乐谱灯的低压插座。
c。装饰照明。指天排光、地排光和舞台上使用的激光效果器、追光、流动 音乐 喷泉以及各式电脑灯。
舞台灯光如此重要上面的叙述比较简单，下面从技术的角度进行剖析：
舞台灯光控制系统结构可以大致分为三个模块;人机界面模块，主控机模块和底层控制模块。三大模块相互间利用RS485总线通讯，以固定的波特率传输数据。
人机界面模块的功能主要是接收控制人员的控制指令，一般可以用简单的工控面板实现。该模块接收到指令以后不作指令的翻译，直接通过RS485总线传输按键信息到主控机模块。
主控机是整个布光控制系统的核心部分，负责上层控制界面和底层硬件控制模块的联系。主控机在收到控制模块发来的按键信息后经过翻译， 形成二进制的控制的指令; 然后主控机依据收的指令和相关的控制模块地址组成一帧完整的数据，并通过RS485总线传输到下行总线上， 各底层控制模块再按地址匹配获取属于自己的数据。
底层控制模块是直接控制舞台灯光动作的硬件设备。由于舞台灯光的数目一般比较多，因此控制模块的数量一般也在10～ 20之间， 所有的控制模块都挂靠在同一总线上，相互之间独立编程。当主控机向总线上发送数据时， 所有控制模块都接收到数据信息，并根据帧结构所包含的地址信息解析出属于自己的指令并执行之。
舞台灯光控制系统控制模块其主要的功能有2方面： 一是和主控机的通讯， 接收来自上层的指令。二是根据指令控制硬件电路实现对灯光动作的控制。下面分别就这两个模块进行介绍。
下面介绍一下接收通讯模块：
① 通讯方式选择
由于控制信号相对简单，这里采用的是串行通讯方式。这种方式运用起来比较方便， 对外围器件要求不高， 半/全双功方式可自由选择。在异步 方法 中最重要的是波特率的设置。太高， 会增加单片机的负担，甚至不可实现;太低，会影响整个操作的响应速度。
② 传输标准选择
目前 各种传输标准很多，但各有优缺点。由于布光系统作于演播厅，各种音响，电器的干扰会很多，因此，所选的传输方式应是抗干扰比较强的。由此考虑，在通讯距离为几十米到上千米时，选用RS485总线传输是比较理想的。485总线利用两条传输线，采取平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV 的电压， 因此可以大大增强传输时的抗干扰能力，传输信号在千米以外可得到恢复。
RS485总线使用方便，用一对双绞线即可实现多站联网构成分布式系统。它设备简单，价格低廉，能进行长距离通信，故在工程项目中获得了广泛的 应用 。
③ 收发器选择及使用
在485总线上传输的是485电平，而单片机和主控微机只能识别TTL电平。这样，在两者间就必须有专用芯片设计转换电路，这就是收发器。收发器的种类很多，可根据需要转换不同的电平，这里只需要485一一TTL 电平间的转换。比较-g。用的是M ax48x系列， 和带隔离的Max148x系列。在 应用 中， 为减少通讯电路与其他电路间的干扰，必须要有隔离级。虽然可以直接使用较高档的带隔离级的485收发器， 但从价格考虑， 还是自行设计隔离电路更好。这里运用光电耦合器件，单独电源供给等手段实现隔离。在使用M ax483是要注意使能端的控制。收发器处于接收状态只有在/RE =0， 并且可移植性， 避免了不必要的重复工作。图2 中的模块功能管理层和硬件驱动和基本功能函数接口层同属于Opentv中间件。模块功能管理层是为方便编写用户应用程序， 按照一定的中间件函数接口标准编写的有关于音频、视频和频道操作管理和控制的函数。驱动与基本函数接口层是OpenTV 中间件的底层部分。这一层次的软件编写要根据具体的硬件驱动来进行相应的改动，目的是提供给模块功能管理层统一的驱动接口函数。
③ 操作系统和硬件驱动层
本系统所采用的操作系统是pSOS;硬件驱动层主要针对各硬件模块， 提供相应的驱动程序。主要的驱动包括：Kernel模块，主要负责提供对进程的操作，诸如进程的创建和删除等;接口模块，包括I C接口操作控制，RS一232 串口通信，智能卡的控制等;音频模块;视频模块;OSD 模块;解复用模块;解码模块;Flash 驱动模块;TUNER 驱动模块。
最后一步是机顶盒系统的调试：本系统的软件是在pSOS编译器的基础上编译完成的。整个测试框图如图3所示。系统利用了一个TS 码流发生器作为机顶盒的调试TS 源。TS 流通过QAM 调制器调制到信道中，QAM 信号送到机顶盒的前端进行QAM 解调， 再送入系统板中进行信源解码。TS流也可以直接通过系统板中的接口送入以对信源解码进行单独调试。系统个人电脑的测试是在PC + WINDOWS2000平台上进行的。而系统运行软件则在pSOS 实时操作系统环境下执行。编译好的可执行文件通过仿真RoM 从串口下装到硬件平台上的RAM 中， 然后系统将从RAM 中的某一固定地址读出并执行程序。由于本硬件平台没有提供网口， 所以pSOS 自带的在线调试功能并不能实现，调试信息只能通过执行程序过程中的输出信息得到。
因此， 将硬件上的串口与个人 计算 机串口相连，程序运行过程中的调试信息可以显示在个人电脑的屏幕上，从而， 编程人员可以得到所需要的调试信息。
[ 总结 语]
如今灯光系统控制已经由原来的人工操作进化为计算机管控。对舞美工作者计算机水平的提高也提出了现实的要求。相信随着灯光照明系统的不断更新完善和舞美工作者素质的日益提高将使我们的舞台更具 时代 气息。更具诱惑力，更加精彩。
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原子吸收光谱法在环境常规监测中的应用 西南科技大学分析测试中心 张伟〔摘要〕原子吸收光谱分析法(AAS)在环境分析化学中广泛使用。本文简述了近年来AAS在环境常规监测中的应用进展。〔关键词〕原子吸收光谱法环境监测应用原子吸收光谱法（AAS），因其灵敏度高、干扰小、精密度高、准确性好及分析速度快、测试范围广等诸多优点，在环境分析化学中广泛使用。20世纪80年代末，国家环保局在《环境监测技术规范》中的地表水和废水、大气和废气、生物测定部分，就将原子吸收光谱法列为《环境监测技术规范》中有关金属元素的标准分析方法。1.水环境监测适时地对地表水质量现状及发展趋势进行评价，对生产和生活设施所排废水进行监视性监测是常规环境监测的两项基本任务。原子吸收光谱分析主要应用于水环境中重金属的监测。龙先鹏[1]采用火焰原子吸收光谱法直接测定水中微量铜、铅、锌、镉元素的含量，在范围内，被测元素浓度与吸光度呈线性关系，相关系数不小于；最低检出限分别为、、、，相对标准偏差分别为、、、；该方法对标准样品的测试结果与国家标准方法基本一致，相对偏差均不大于。张美月等[2]以二乙胺基二硫代甲酸钠为配位剂、Triton X-114为表面活性剂，采用浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定水样中的痕量镉，检测限为μg/L，富集倍数为55，加标回收率为98%-102%；分离富集方法简单、安全、快捷，结果令人满意。陆九韶等[3]利用Al3+与Cu(Ⅱ)-EDTA发生定量交换反应，通过测定水相残余铜，从而间接测定水和废水中的铝。在线富集是原子吸收光谱检测分析发展的热点之一。高甲友[4]用含黄原脂棉的微型柱对试样中的Cd2+在线富集、盐酸洗脱后，采用火焰原子吸收光谱法在线测定水中的镉离子。富集50 mL溶液时此方法灵敏度可提高68倍。陈明丽等[5]用溴化十六烷基三甲胺(HDTMAB)改性的天然斜发沸石微填充柱，建立了顺序注射在线分离富集电热原子吸收法测定水中Cr(Ⅵ)及铬形态分布的方法；测定铬的检出限达到μg/L，精密度。用本法测定标准水样GBW08608中的铬，所得结果与标准值相符。冷家峰等[6]对螯合树脂富集-火焰原子吸收光谱法测定天然水体中痕量铜和锌的在线富集条件、干扰因素等进行研究,在线富集倍数达到两个数量级，在灵敏度与石墨炉原子吸收光谱法相当情况下，提高了测定准确度。痕量金属元素化学形态的分析比单纯元素的分析要复杂、困难得多，除要求测定方法灵敏度高、选择性好外，还要求分离效能高。联用技术，特别是色谱-原子吸收光谱联用，综合了色谱的高分离效率与原子吸收光谱检测的专一性的优点，是解决这一问题的有效手段。刘华琳等[7]自行设计了一种紫外在线消解氢化物发生接口，并将高效液相色谱-紫外在线消解-氢化物发生原子吸收联用仪器(HPLC-UV-HGAAS)用于砷的形态分析，以砷甜菜碱、砷胆碱、亚砷酸盐(As(Ⅲ))及砷酸盐(As(V))等进行了分离测定，实现了将分离后不能直接用于氢化物发生的大分子，通过紫外“在线”消解成小分子砷化合物的目的。李勋等[8]采用电化学氢化物发生与原子吸收光谱联用技术有效地实现了无机砷的形态分析。在电流为 A和1A条件下，As(III)和As(V)在0-40μg/L浓度范围内均呈良好的线性关系。As(III)和As(V)检出限分别为μg/L和μg/L；该方法成功应用于食用鲜牛奶中无机砷的形态分析。2.土壤、底泥和固体物分析景丽洁等[9]采用微波消解法预处理待测土壤，火焰原子吸收分光光度法测定污染土壤消解液中的锌、铜、铅、镉、铬5种重金属。土壤中锌、铜、铅、镉、铬的相对标准偏差分别为、、、和。方法简便、灵敏、准确，适用于污染土壤中重金属含量的测定。卢卫[10]采用悬浮液进样平台石墨炉原子吸收法测定土壤的痕量汞，精密度为，检出限达到×10-12g。宫青宇[11]采用直接固体进样、添加基体改进剂技术测定土壤中重金属铅含量，避免了土壤中复杂基体的影响，实现了土壤样品中铅的快速分析。王北洪等[12]采用了“硝酸-氢氟酸-过氧化氢”三酸消化体系和密封高压消解罐法对土壤样品进行消化，以原子吸收光谱法测定其中的铜、锌、铅、铬、镉。结果表明：采用该法测定土壤中的重金属时，测定结果准确可靠，实验条件易于控制，能够满足环境监测分析的要求，可以作为一种可行的土壤重金属元素分析方法。程滢等[13]把河流底泥经过氢氟酸和高氯酸消化，用火焰原子吸收法测定其中的铜，获得较好的结果。王畅等[14]利用流动注射系统中串联的阴、阳离子交换微型柱分离、NH4NO3+抗坏血酸和H2SO4两种洗脱液同时逆向洗脱，实现了对底泥可利用态铬中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)同时在线分离和原子吸收光谱法测定。在交换时间2 min，洗脱50 s，Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)回收率分别为和。此法对实际样品中不同价态铬进行测定，铬回收率可达95%。Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的检出限和最大相对标准偏差分别为μg/L、和μg/L、。王霞等[15]用冷原子吸收光谱法测定固体废物浸出液中的汞含量，检出限为μg/L，回收率在91%-101%之间。方法简便快速，线性范围宽。3.大气环境质量监测邹晓春等[16]以微孔滤膜采样、钯或镍作改进剂，用石墨炉原子吸收光谱法测定居住区大气中硒，检出限为，线性范围为0-50ng/mL，回收率；其中砷对测定硒有一定干扰，其它金属元素对测定无干扰。邹晓春在此基础上又对居住区大气中的镍进行了测定，检出限为 ng/mL，线性范围为0-35 ng/mL，回收率为，其他金属元素对测定镍未见明显干扰[17]。冯新斌等[18]对原有的光谱仪器进行简单改装，建立了两次金汞齐-冷原子吸收光谱法测定大气中的微量气态总汞的方法，检出限达到；100μL饱和汞蒸气连续测定结果表明其相对标准偏差<。在汞量范围内标准工作曲线线性关系良好。并且运用该法，对贵州省万山汞矿、丹寨汞矿、清镇汞污染农田、省农科院和中国科学院地球化学研究所等地大气气态总汞进行了测定。综上所述，原子吸收光谱法在环境监测分析中应用取得了不少成果，但在应用范围上还有待扩大，如在污染物的化学形态研究上尚待深入等。总之，随着环境监测事业的发展，原子吸收光谱法因具有其它方法所不能比拟的优势，必将在环境化学分析中展现广阔的应用前景。参考文献〔1〕龙先鹏.火焰原子吸收分光光度法直接测定水中微量铜、铅、锌、镉〔J〕.化学分析计量,2008,17(1):53-54.〔2〕张美月,李越敏,杜新等.浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定水样中的痕量镉〔J〕.河北大学学报(自然科学版),2009,29(4)：407-411.〔3〕陆九韶,覃东立,孙大江等.间接火焰原子吸收光谱法测定水和废水中铝〔J〕.环境保护科学,2008,34(3)：111-113.〔4〕高甲友.流动注射在线富集-火焰原子吸收光谱法测定水中痕量镉〔J〕.冶金分析,2007,27(1)：61-63.〔5〕陈明丽,邹爱美,仲崇慧等.改性沸石填充柱在线分离富集电热原子吸收法测定水中铬(Ⅵ)及铬的形态分布〔J〕.分析科学学报,2007,23(6)：627-630.〔6〕冷家峰,高焰,张怀成等.在线鳌合树脂富集火焰原子吸收光谱法测定天然水体中铜和锌〔J〕.理化检验-化学分册,2005,41(8)：556-560.〔7〕刘华琳,赵蕊,韦超等.高效液相色谱-在线消解-氢化物发生原子吸收光谱联用技术〔J〕.分析化学,2005,33(11)：1522-1526.〔8〕李勋,戚琦,薛珺等.电化学氢化物发生与原子吸收光谱联用对鲜牛奶中无机砷的形态分析〔J〕.食品研究与开发,2007,28(11)：121-123.〔9〕景丽洁,马甲.火焰原子吸收分光光度法测定污染土壤中5种重金属〔J〕.中国土壤与肥料,2009,(1)：74-77.〔10〕卢卫.悬浮液进样平台石墨炉原子吸收法测定土壤中痕量汞〔J〕.化学工程与装备,2009,(3)：100-101.〔11〕宫青宇.直接固体进样-石墨炉原子吸收法测定土壤中铅含量〔J〕.内蒙古科技与经济,2009,6：69.〔12〕王北洪,马智宏,付伟利.密封高压消解罐消解-原子吸收光谱法测定土壤重金属〔J〕.农业工程学报,2008,24():255-259.〔13〕程滢,张莘民.火焰原子吸收分光光度法测定鱼内脏及河流底泥中的铜〔J〕.环境监测管理与技术,2003,15(2)：28-30.〔14〕王畅,谢文兵,刘杰等.流动注射分离-原子吸收光谱法测定底泥中生物可利用态Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ〔)J〕.分析化学,2007,35(3)：451-454.〔15〕王霞,张祥志,陈素兰等.冷原子吸收光谱法测定固体废物浸出液中汞〔J〕.光谱实验室,2008,25(5)：981-984.〔16〕邹晓春,李红华,徐小作.居住区大气中硒的原子吸收光谱法研究〔J〕.现代预防医学,2004,31(6)：879-880.〔17〕邹晓春.石墨炉原子吸收光谱法测定居住区大气中镍〔J〕.职业与健康,2000,16(6)：36-37.〔18〕冯新斌,鸿业汤,朱卫国.两次金汞齐-冷原子吸收光谱法测定大气中的微量气态总汞〔J〕.中国环境监测,1997,13(3)：9-11.
稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘 要本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+AbstractThis paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+目 录摘要Abstract第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介 稀土离子能级 晶体场理论 基质晶格的影响 上转换发光材料的发展概况 上转换发光的基本理论 激发态吸收 光子雪崩上转换 能量传递上转换 敏化机制与掺杂方式 敏化机制 掺杂方式 上转换发光材料的应用 本论文研究目的及内容 8第二章 红外激光显示材料的合成与表征 红外激光显示材料的合成 实验药品 实验仪器 样品的制备 红外激光显示材料的表征 XRD 荧光光谱 12第三章 结果与讨论 基质材料的确定 助熔剂的选择 烧结时间的确定 烧结温度的确定 掺杂浓度的确定 17结 论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。稀土发光材料具有许多优点：（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。稀土离子能级稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。 基质晶格的影响基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。 上转换发光材料的发展概况发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。 上转换发光的基本理论通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。激发态吸收激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。图1-1 上转换的激发态吸收过程 光子雪崩上转换光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。图1-2 光子雪崩上转换能量传递上转换能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递（e）合作敏化上转换能量传递图1-3 几种能量传递过程的示意图稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：Itamin ∝ Iexcitationn其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。 敏化机制与掺杂方式 敏化机制通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：Dexc+A→D+AexcD表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。（1）直接上转换敏化对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。图1-4 直接上转换敏化（2）间接上转换敏化由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。图1-5 间接上转换敏化 掺杂方式表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。表1-1 常见的掺杂体系稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化 上转换发光材料的应用稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。 本论文研究目的及内容Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。第二章 红外激光显示材料的合成与表征经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。 红外激光显示材料的合成 实验药品（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。（2）ErF3、YbF3的配制制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2OYb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。 实验仪器SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂） 样品的制备（1）实验方法本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。（2）实验步骤根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：图2-1 实验流程图 红外激光显示材料的表征 XRDX射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo 鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。
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