材料的光學性能-展示頁

　　

【正文】 m=被反射的光強度 /入射光強度 =L/I0 2） 反射系數與折射率的關系 根據波動理論 W∝ A2vS () 式中 ， A為入射波的振幅 ， v為入射波的傳播速度 ， S為界面面積 。 m（ %） +A（ %） +T（ %） =100% 1） 反射系數的定義 10 設光的總能量流 w為 W=W′+W″ （ ） W， W′， W″分別為單位時間通過位面積的入射光 、 反射光和折射光的能量流 。 6 ． 反射率和透射率 1． 反射系數 （ 反射率 ） 當光投射到材料表面時一般產生反射 、 透過和吸收 。因此產生雙折射。 例如含Pb090％ (體積 )的鉛玻璃 n=。 至于普通鈉鈣硅酸鹽玻璃 ， n =， 比石英的折射率小 。 以 SiO2為例 ① 石英晶體 常溫下的石英晶體 ， n =， 數值最大；高溫時的鱗石英 ， n =；方石英 ， n =。 非常光折射率的特性：它不遵守折射定律 ， 隨入射光的方向而變化 。 特性：不論入射光的入射角如何變化 ， n0始終為一常數 ， 因而常光折射率嚴格服從折射定律 。 雙折射：當一束光通過一個介質時 ， 分為振動方向相互垂直 、 傳播速度不等的兩個波 ， 它們分別構成兩條折射光線的現象 。 如下圖 : 4 ???????ccvcn材料() εn ?當離子半徑增大時，其 ε增大，因而 n也隨之增大 2） 材料的結構 、 晶型和晶態 （ 1） 均質介質 如非晶態 (無定型體 )和立方晶體材料 ， 當光通過時 ， 光速不因傳播方向改變而變化 ， 材料只有一個折射率 。 3． 影響折射率的因素 1） 構成材料元素的離子半徑 （ 1） 折射率 n與極化率的關系 由于光是一種電磁波 ， 所以根據馬克斯威爾電磁波理論 ， 光在介質中的傳播速度應為： 式中： c為真空中的光速 ， ε為介質的介電常數 ， μ為介質的導磁率 。 （ 2） 相對折射率 材料相對于空氣的折射率稱為相對折射率： n′=va/v材料 （ 3） 絕對折射率與相對折射率的關系 ∵ n= c/v材料 則 v材料 = c/ n 又 ∵ 空氣的絕對折射率為： na= c/va ， 則 va= c/ na ∴ 因此， n=na 即： n=v真空 /v材料 =c/v材料 () 6 2） 絕對折射率與相對折射率 （ 1） 絕對折射率 材料相對于真空中的折射率稱為絕對折射率 。 當光從真空進入較致密的材料時 ,其速度是降低的 。 光傳播的基本理論 一、光的波粒二象性 ?hchvE ??根據電磁場的麥克斯韋方程組，可得出電磁波在介質中的速度 rrcV???C為電磁波在真空中的傳播速度， ?r為介質相對介電常數，?r為介質的相對磁導率，且 001???c?0， ?0為真空介電常數、磁導率 光在真空中的速度與介質中的速度之比 nVc ?n稱為介質常數，這個介質常數決定了材料的光折射性質，稱為介質的折射率 二、光和物質的相互作用 光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是電磁輻射的載體。 光子還具有分立的動量： ?hP ?hv?? 、反射、吸收和散射特性 ． 折射率 1） 定義 光是具有一定波長的電磁波 ， 光的折射可理解為光在介質中傳播速度的降低而產生的 （ 以真空中的光速為基礎 ） 。 折射率定義為：光在真空和材料中的速度之比 。 一般將真空中的折射率定為 1。n′= n′ 2 aaannn/cn/cvvn ????材料 2．兩種材料間的相對折射率 如果光從材料 1， 通過界面傳入材料 2時 ， 與界面法向所形成的入射角 i 折射角 i2與兩種材料的折射率 n1和 n2現有下述關系： 式中： v1及 v2分別表示光在材料 l及 2中的傳播速度 ， n21為材料 2相對于材料 l的相對折射率 。 3 21211221vvnnnis inis in ?????? cv() () 根據 (5． 1)式和 (5． 3)式可得 : 由于在無機材料這樣的電介質中 ， μ=1， ε≠l ∴ （ ） （ 2） 極化率與離子半徑的關系 當光通過材料時 ， 必然引起內部質點的極化 （ 變形 ） ， 在可見光范圍內 ， 這種變化表現為離子或核外電子云的變形 ， 而且 ，隨著光波電場的交變 ， 電子云也反復來回變形 。 （ 2） 非均勻介質 光進入非均質介質時 ， 一般會產生雙折射現象 。 ① 常光折射率 n0 上述兩條折射光線中 ， 平行于入射面的光線的折射率稱為常光折射率 。 ② 非常光折射率 ne 與入射面垂直的光線的折射率 ， 稱為非常光折射率 。 5 3） 同質異構體 一般情況下 ， 同質異構材料的高溫晶型原子的密堆積程度低 ，因此折射率較低；低溫晶型原子的密堆積程度高 ， 因此折射率較高 。 ② 石英玻璃 常溫下的石英玻璃 ， n =， 數值最小 。 提高玻璃折射率的有效措施是摻入鉛和鋇的氧化物 。 4）外界因素 有內應力的透明材料，垂直于受拉主應力方向的 n大，平行于受拉主應力方向的 n小。 測定材料中內應力的大小，常采用測定雙折射的光程差的大小。這三種基本性質都與折射率有關 。 則 ， 反射系數為 m=W′/W 。 由于反射波的傳播速度及橫截面積都與入射波相同 ， 所以： A′， A分別為反射波和入射波的振幅 。 12 ?????????????)ri(tg)ri(tg)ri(s i n)ri(s i n21WW2222 () 222222221ri1ri)ri()ri()ri(tg)ri(tg)ri(si n)ri(si n???????????????????????rs inis inn21 ?m)1n 1n(WW 22121 ????? （ ） 2． 透射系數 根據能量守恒定律 （ 光在界面上的現象 ） ， W=W′+W″ () (1－ m)稱為透射系數 。 13 m1WW1WW ???????（ 2） 光線通過 x塊 、 2塊玻璃板的透射 設一塊折射率 n= ， 光反射損失為 m=， 透過部分為 1－ m=。 如果連續透過 x塊平板玻璃 ， 則透過部分應為 (1－ m)2x。 如果透鏡系統由許多塊玻璃組成 ， 則反射損失更可觀 。 ② 增加反射損失的實例 為了調節玻璃的 n， 常在玻璃表面涂以一定厚度的和玻璃 n不同的透明薄膜 ， 使玻璃表面的 m增加或減少 。 從而構成了光能的衰減 。 2） 朗伯特定律 設有一塊厚度為 x的平板材料 ， 入射光的強度為 I0， 通過此材料后光強度為 I′。 此式稱為朗伯特定律 。 αa取決于材料的性質和光的波長 。 2． 光吸收與光波長的關系 根據光的波長 ， 可將光進行如下劃分： γ射線 ——X射線 ——紫外光 （ 10～ 400nm） ——可見光 (400～760nm)——紅外光 (760～ 106nm)——無線電波 1)可見光區 （ 400～ 760nm） 如果材料對光譜內各波長的光吸收不等 ， 有選擇性 ， 則由玻璃出來的光線必定改變了原來的光譜組成 ， 就獲得了有顏色的光 。 當兩個能級的能量差 （ E2E1=hν=Eg， h為普照朗克常數 ， v為頻率 ） 等于可見光的能量時 ， 相應的波長的光就被吸收 ， 從而呈現顏色 。 例 1， 金屬 金屬對光能吸收很強烈 。 從圖中可見 ， 在電磁波譜的可見光區 ， 金屬和半導體的吸收系數都是很大的 。 也就是說吸收系數很小 。 透光區與吸收區之間有一條坡度很陡的分界線 ， 通常稱為吸收極限 ，小于吸收極限的波長完全吸