c**r
发帖数: 2019 | 1 怎么就没人正经回答这个问题呢？红宝石(ruby)的基本化学组成是Alpha晶型的三
氧化二铝(Al2O3)，和蓝宝石(sapphire)以及刚玉(corundum)的结构组成基本相同。
呈现红色的原因是三氧化二铝晶体中均匀分布着少量三价铬(Cr3+)杂质，Cr3+的络
合物呈现红色(这是由络合物中Cr3+的3d电子轨道能级裂分造成的)，故此红宝石呈
现红色。蓝宝石的颜色是由四价钛或二价铁(此二者的络合物呈蓝色或蓝绿色)而引
起的。刚玉是比较纯净的三氧化二铝晶体，故此无色。Alpha晶型的三氧化二铝属於
六方晶系，所以以上三种宝石通常为六棱柱形。另外，通过将氧化铝粉末高温下熔
融注入少量铬盐再进行重结晶的办法，可以得到人造红宝石。人造红宝石广泛地应
用于固体激光器当中。 | s****p
发帖数: 66 | 2 这个问题在我们学OPTOELECTRONICS的课里出现过,可悲的是这门课的教授(老外)都不知道
答案. 因此大家千万不要因为这是个简单的题.
chrr回答了一部分, 这里补充一下:
一个物体呈现什么颜色有两种机制:
一是反射.我们周围的大部分物质呈现的颜色是因为物质反射了那种颜色的外界光(主要是
阳光).
二是物质本身的光发射.比如说假如红宝石自个可以发红光,那么你看到它当然是红色了.
问题是物质发光要损失能量的(象荧光棒就只能发一段时间的光).而红宝石可以持续的发
光, 这是因为它还可以吸收外界的光来补充能量. 简单假设Cr3+有三个能级,E0是基态(0
能量态),E1和E2是两个激态. 电子从E1跳到E0,发出红光. 我们看到Cr3+发红
光的过程是这样的:电子吸收自然光里大于红光能量的光（象绿光或蓝光了），从Ｅ０跳
到Ｅ２． 然后从Ｅ２跳到Ｅ１（Ｅ１的能量小与Ｅ２的能量）．然后从Ｅ１再跳到Ｅ０
发出红光．
关键的问题是在Ｅ１的特性上． Ｅ１是一个长寿命的态，所以Ｅ１上的电子数可以积累
很多，因此我们才会看到从Ｅ１跳到Ｅ０上发出的红光．这也是激光物质的重要要求．大
部分的物质不具
【在 c**r 的大作中提到】
: 怎么就没人正经回答这个问题呢？红宝石(ruby)的基本化学组成是Alpha晶型的三
: 氧化二铝(Al2O3)，和蓝宝石(sapphire)以及刚玉(corundum)的结构组成基本相同。
: 呈现红色的原因是三氧化二铝晶体中均匀分布着少量三价铬(Cr3+)杂质，Cr3+的络
: 合物呈现红色(这是由络合物中Cr3+的3d电子轨道能级裂分造成的)，故此红宝石呈
: 现红色。蓝宝石的颜色是由四价钛或二价铁(此二者的络合物呈蓝色或蓝绿色)而引
: 起的。刚玉是比较纯净的三氧化二铝晶体，故此无色。Alpha晶型的三氧化二铝属於
: 六方晶系，所以以上三种宝石通常为六棱柱形。另外，通过将氧化铝粉末高温下熔
: 融注入少量铬盐再进行重结晶的办法，可以得到人造红宝石。人造红宝石广泛地应
: 用于固体激光器当中。
| c**r
发帖数: 2019 | 3 我再来补充几句。有关激光的部分论述得很好。但是漏洞出在第一条，可能是表述问
题。反射的确是使物质呈现颜色的主要原因之一，但这只适用于不透明物质；对於
透明物质，透射(或者说是极少量质点(三价铬)的反射所导致的背景(氧化铝)散射)才
是使物质呈现颜色的主要原因。作为透明物质，红宝石之所以成红色，是因为三价铬
反射了红色，吸收了红光的补色(高频端的蓝绿光)，从而使低频端的红光“透过”了
整块氧化铝。在这里，透射在本质上也是一种反射，但它毕竟和单纯的反射有所不同。
另外我又想起了一个问题，三价铬在氧化铝的固溶液恐怕不会再以络离子的形态存在，
所以我原文中说的络合物恐怕不能成立。氧化铝晶体中的三价铬很可能--也顺理成
章地--应该位於三价铝的晶格位置上(“雀巢鸠占”)，这样一来，上下能级(E1，E0)
和泵能级(E2)彼此之间的结构能量关系就应该由晶格振动能来决定。至於究竟如何，
恐怕还得去查书。
由此又可以多扯几句激光的问题。如果打一下红宝石的发射谱(可见光段)，我们很可
能会在红端看到一个大馒头峰，馒头上耸立着一个尖峰(如果不走运的话，尖峰也可能
被馒头峰所埋没)。馒头峰是三价铬的本底反射
【在 s****p 的大作中提到】
: 这个问题在我们学OPTOELECTRONICS的课里出现过,可悲的是这门课的教授(老外)都不知道
: 答案. 因此大家千万不要因为这是个简单的题.
: chrr回答了一部分, 这里补充一下:
: 一个物体呈现什么颜色有两种机制:
: 一是反射.我们周围的大部分物质呈现的颜色是因为物质反射了那种颜色的外界光(主要是
: 阳光).
: 二是物质本身的光发射.比如说假如红宝石自个可以发红光,那么你看到它当然是红色了.
: 问题是物质发光要损失能量的(象荧光棒就只能发一段时间的光).而红宝石可以持续的发
: 光, 这是因为它还可以吸收外界的光来补充能量. 简单假设Cr3+有三个能级,E0是基态(0
: 能量态),E1和E2是两个激态. 电子从E1跳到E0,发出红光. 我们看到Cr3+发红
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