FH15材料的光学性能汇编.ppt

材料性能学 主讲 付华石家庄铁道大学 第15章材料的光学性能 15 1光与固体的作用15 2材料的不透明性与半透明性15 3光学材料及应用 光传播的基本性质 光的波粒二象性 爱因斯坦的光电效应 光传播的基本性质 光的干涉和衍射双光束干涉 interference 条件 频率相同 振动方向一致 固定位相关系 特征 明暗相间 稳定的干涉条纹 油膜反射太阳光 产生干涉图像 光传播的基本性质 衍射 diffraction 当光波传播遇到障碍物时 在一定程度上能绕过障碍物 称为衍射 diffraction 也称为绕射 障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相比拟时 衍射现象明显 与光波长相比 一般物体都是巨大的障碍物 光波通常表现直线传播性质 光的干涉和衍射 15 1光与固体的作用 15 1 1材料的光折射15 1 2材料的光反射15 1 3材料的光吸收15 1 4光的散射 光 光与物质的相互作用与光学材料 15 1 1材料的光折射 由一束入射光折射后分成两束光的现象称为双折射一束光的偏折方向符合折射定律 称为寻常光 或o光 另一束光的折射方向不符合折射定律 称为非常光 或e光 双折射 birefraction 一些透明材料的折射率 折射率的影响因素 构成材料元素的离子半径 材料的结构 晶型 材料存在的内应力 同质异构体 半径大折射率高 均质介质非均质介质 垂直于主应力方向n值大 高温晶型折射率较低 15 1 2材料的光反射 光污染 界面反射与光泽 材料对光的反射取决于材料的反射系数和表面粗糙度 应用 装饰效果 雕花玻璃器皿 通讯 光导纤维 玻璃纤维与涂层的折射率可变 不可见窗户 强折射 低反射 折射率中等 涂层厚为光波长的1 4 界面反射与光泽 光泽主要由折射率和表面粗糙度决定 高光泽 铅基釉 光滑表面磨砂 粗糙 无光 釉中析晶 15 1 3材料的光吸收 朗伯特 Lambert 定律 即为吸收系数 单位为cm 1 均匀吸收选择吸收 表15 3各种无机材料透光波长范围 15 1 4光的散射 a s分别称为吸收系数和散射系数 影响透光性的因素 吸收系数 反射系数 散射系数 散射系数是影响材料透光性的主要因素 15 2材料的不透明性与半透明性 15 2材料的不透明性与半透明性 15 2 1材料的不透明性金属对可见光是不透明的 原因 金属的电子能带结构的特殊性 大部分被金属材料吸收的光又会从表面上以同样波长的光波发射出来 15 2 1材料的不透明性陶瓷材料 单晶体 一般是透明的 多晶体 晶相 玻璃相和气相 气孔 组成多相体系 多是半透明或是不透明的 15 2 1材料的不透明性高聚物 纯高聚物 非晶态均相高聚物 应该是透明的 结晶高聚物 一般是半透明的或不透明的 嵌段共聚物 接枝共聚物 共混高聚物 两相体系 一般是半透明或不透明的 除非特意使两相折射率很接近 5材料的不透明性与半透明性 15 2 2材料的乳浊本应是透明的 因各种原因 气孔 或人为造成 乳浊剂 的不透明往往称为乳浊 15 2 3半透明性乳白玻璃和半透明釉 都要求在光学性能上具有半透明性 一些重要的艺术瓷如骨灰瓷和硬瓷 半透明性是主要的鉴定指标 莫来石在陶瓷基体内对于散射和降低半透明性起决定性作用 物质特定波长的光子 激发本身原子的电子跃迁 分子着色剂 氧化物 如氧化铜 氧化钴 氧化锰等 起作用的是离子 或者是复合离子 离子有色则化合物必然有色 如蓝色 绿色 紫色玻璃等 胶态着色剂 胶体金 银 铜 硫化镉 硒化镉 如金红 铜红 银黄 硒红玻璃等 有色玻璃 装饰玻璃 信号玻璃 滤光玻璃等 15 2 4材料的着色 15 3光学材料及应用 1 荧光材料 荧光 灯 屏 CRT阴极射线管 闪烁计数器荧光剂 激活剂 灯 卤代磷酸钙 锑或锰 2 激光材料 基质 为激活离子提供晶格场 使之受激发射 类别 氧化物及氟化物晶体 Al2O3 BaF 激活离子 作为发光中心的小量掺杂离子 类别 过渡族金属离子 三价稀土离子红宝石激光器 CrAl2O3氧化铝基质晶体 3 电光与声光材料 外电场 光折射率 吸收变化 电光效应 控制光强度 相位 f 偏