第五章 材料的光学-1.ppt

5 1材料的透光性 动画 动画 双折射 两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光 通常用o表示 简称o光 另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光 用e表示 简称e光 寻常光折射率no一折射率不随入射方向而改变 非寻常光折射率ne 折射率随入射方向而改变 晶体光轴 晶体内存在着一个特殊方向 光沿这个方向传播时不产生双折射 即o光和e光重合 在该方向o光和e光的折射率相等 光的传播速度相等 这个特殊的方向称为晶体的光轴 光轴 不是指一条直线 而是强调其 方向 光沿晶体光轴入射时 不产生双折射 只有no 当垂直晶体光轴方向入射时 no最大 表现为材料特性 沿着晶体密堆积程度较大的方向ne较大 材料内应力 垂直于拉应力方向的n最大 平行于拉应力方向的n最小 同质异构体 高温晶型折射率较低 低温晶型折射率较高 光的吸收 在光通过材料传播时 会引起材料的价电子跃迁或使原子振动 从而使光能的一部分变成热能 导致光能的衰减 朗伯特定律 各种材料对光的吸收 金属 对光的吸收强烈 可见光区吸收系数大 原因 在于金属的价电子处于未满带 吸收光子后即呈激发态 不必跃迁到导带就能发生碰撞而发热 绝缘性材料 可见光区吸收系数小 原因 绝缘性材料的价电子处在价带 光子的能量又不足以使价电子跃迁到导带 绝缘材料在紫外光区吸收系数急剧增大原因 紫外光的能量达到禁带宽度 若希望在可见光区的透过范围大 需紫外吸收端的波长要小 要求Eg大 绝缘材料在红外区的吸收 在红外区有一个由于离子弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量的吸收峰 要使吸收峰远离可见光区 需选择较小的材料热振动频率 为了有较宽的可见光透明频率范围 要求的材料的禁带宽度大 原子间结合力小及离子质量大 动画 分子着色剂 主要起作用的是离子 着色方式 1 单个着色离子 次外层有未成对d电子的过渡元素和第三外层有成对f电子的镧系元素 它们较不稳定 只需较少的能量就可激发而选择性的吸收可见光 如 Co2 吸收橙 黄和部分绿光而呈现带紫的蓝色 U6 吸收紫 蓝光而显带绿荧光的黄绿色 2 复色离子含有可着色的简单离子 3 无色离子 相互作用强烈 产生极大的极化 使电子轨道变形而激发并吸收可见光 如 Cr6 Mn7 O2 均无色 CrO42 呈黄色 MnO4 呈紫色 胶态着色剂 如胶体金 红色 银 黄色 铜 红色 及硫硒化镉 等 1 金属胶体着色剂的颜色决定于粒子的大小如胶态金的水溶液 d 20 50nm强烈红色d 20nm弱黄色d 100 150nm透射呈蓝色 反射呈棕色2 非金属胶体着色剂颗粒尺寸对颜色影响很小 如硫硒化镉胶体着色玻璃时 总能得到色调相同 颜色鲜艳的大红玻璃 只有当粒径大于10nm时玻璃才开始失去透明 动画 激光及其材料 动画 光沿x轴方向传播 光学纤维材料 光的传输 动画 动画 动画 光纤分类 按折射率剖面分布和传输方式 单模光纤直径只有几个 m 只传输单模光束阶跃型多模光纤由低折射率玻璃外层包覆高折射率玻璃芯子渐变型多模光纤折射率沿光纤径向由中央向四周连续减小 图5 10 一般光纤在传输轴方向的断面中 光波的电场强度分布是周期地重复波峰和波谷 传输模式近似为峰 峰的间隔 光纤内传输模式的总数目 其中 a 芯子半径 光波长 n1 n2分别为光纤芯子和包层的折射率 线性 非线性