无机材料光学PPT学习教案

1、会计学1无机材料光学无机材料光学2第1页/共43页31v001crvcn0002121sinsinnvvi第2页/共43页4n第3页/共43页5第4页/共43页62. 2. 光的反射与折射光的反射与折射 折射率与传播速度的关系折射率与传播速度的关系n材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。光密介质：在折射率大的介质中，光的传播速度慢；光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播速度快。n材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电磁结构（对非铁磁介质主要是电结构）在光波作用下的极化性质或介电特性。122121nnvvn第5页/共43页7正是因为介质的极化，“拖住”了电磁波的步伐，才使得其传播速度变得

2、比真空中慢。铁磁性材料非铁磁性材料rrnrn第6页/共43页8 在真空中，光以恒定的速度传播，与光的频率无关。然而，在通过任何物质时，光的传播速度要发生变化，而且不同频率的光在同物质中的传播速度也不同； 这一事实在折射现象中最明显地反映了了出来，即物质的折射率与光的频率有关，折射率n取决于真空中光速c和物质中光速u之比，即 这种光在介质中的传播速度（或介质的折射率）随其频率（或波长）的减小而减小的现象，称为光的色散现象光的色散现象。6-4vcn3 3 介质对光的色散介质对光的色散 色散的一般现象色散的一般现象第7页/共43页9 1672年牛顿首先利用棱镜的色散现象，把日光分解成了彩色光带。 棱

3、镜的折射率为 在棱镜顶角A已知的条件下，通过最小偏向角m的测量，利用上式可以得到棱镜材料对该波长的光的折射率n。用各种波长的光入射，即可得到m和n随波长的变化关系。 2/sin2/sinsinsin21AmAn第8页/共43页10n反射率R:n透射系数：1-R212122212122)()11(nnnnnnvvRir第9页/共43页11)()sin(2112nnnnc 光的全反射光的全反射第10页/共43页12光的全反射光的全反射第11页/共43页13在光束通过物质时，它的传播情况将要发生变化。首先光束越深入物质，它的光强将越减弱，这是由于一部分光的能量被物质所吸收，而另一部分光向各个方向散射

4、所造成的，这就是光的吸收和散射现象。其次，光在物质中的速度将小于光在真空中的速度，并将随频率而改变，这就是光的色散现象，光的吸收、散射和色散这三种现象，都是由于光与物质的相互作用引起的，实质上是由光与原子中的电子相互作用引起的。第12页/共43页14换言之，若入射光强为I0，则通过l的物质后的光强为称为布格定律（Bouguer law）或朗伯定律。式中是与光强无关的比例系数，称为该物质的吸收系数 该定律是布格（P.Bouguer，16981758）在1729年发现的，后来朗伯（J.H.Lambert，17281777）在1760年又重新作了表述。laeII0吸收定律吸收定律x+dxldxxII

5、+dI光的吸收规律光的吸收规律第13页/共43页15吸收的物理机制吸收的物理机制eVhCeVhC8 . 1E m,0.7E1 . 3E m,0.4Emaxmingminminmaxgmax第14页/共43页16一般吸收和选择吸收一般吸收和选择吸收第15页/共43页17 又例如，普通玻璃对可见光是透明的，但是对红外线主紫外线都有强烈的吸收，是不透明的。 因此在红外光谱仪中，棱镜常用对红外线透明的氯化钠晶体和氟化钙晶体制作；而紫外光谱仪中，棱镜常用对紫外线透明的石英制作。 实际上，任何光学材料，在紫外和红外端都有一定的透光极限。 任何物质都有这两种形式的吸收只是出现的波长范围不同而已。 6-3第1

6、6页/共43页186 6 介质对光的散射介质对光的散射 光散射现象光散射现象lseII0lsaeII0第17页/共43页19第18页/共43页20第19页/共43页21第20页/共43页2241sI第21页/共43页23Global早晨中午太阳光第22页/共43页24这样材料有透光性第23页/共43页25第24页/共43页26第25页/共43页27第26页/共43页28图4.1 原子的三种激发方式第27页/共43页29n受激吸收：入射光的能量hv被吸收，原子从E1跃迁到E2， hv=E2-E1。n自发辐射：原子从高能级自发跃迁到低能级，辐射光子hv=E2-E1, 光的方向的随机的；n受激辐射：

7、受入射光hv激发, 原子从E2跃迁到E1,辐射出二个与入射光同方向同相位的光，二个光又去诱发更多的发光粒子。第28页/共43页30图4.25 激光原理 (a)原子在入射光hv3的激发下，从基态跃迁到最高能带E3，(b)在E3上的原子迅速跃迁到亚稳带E2，辐射出hv32, (c)E2是亚稳态能级，粒子在其上作较长时间停留，实现粒子数反转， (d) 在任一入射光的辐射下，产生受激辐射出激光。第29页/共43页31第30页/共43页32只在谐振腔轴线方向及其附件能够得到激光输出。第31页/共43页33光纤放大器示意图，激光二极管发出种子光，经耦合器，进入到掺铒光纤中，将光纤泵浦，第32页/共43页34第33页/共43页35第34页/共43页36第35页/共43页37第36页/共43页38is 400 to 700 nm. Therefore,第37页/共43页39eVJeVJmsmJshcEEnmblueend88. 4/10242. 61097. 410400)/1000. 3)(10663. 038页/共43页40eVJ