FH材料的光学性能汇编PPT课件

1、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 光学材料及应用第1页/共31页光传播的基本性质 光的波粒二象性 hchE爱因斯坦的光电效应爱因斯坦的光电效应: : 第2页/共31页第3页/共31页第4页/共31页第5页/共31页光传播的基本性质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。 第6页/共31页光传播的基本性质光传播的基本性质 衍射（diffraction) 当光波传播遇到障碍物时，在一定程度上能绕

2、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。 第7页/共31页光的干涉和衍射第8页/共31页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 第9页/共31页光光光与物质的相互作用与光学材料光与物质的相互作用与光学材料第10页/共31页15.1.1 材料的光折射玻璃玻璃平均平均折射率折射率双双折射折射钾长石玻璃钾长石玻璃1.51钠长石玻璃钠长石玻璃1.49硫化钾玻璃硫化钾玻

3、璃2.66锆英石锆英石1.950.055正长石正长石1.5250.007硫化铅硫化铅3.912钛酸钡钛酸钡2.40碳化硅碳化硅2.680.043第11页/共31页 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（双折射（birefraction）第12页/共31页玻璃玻璃平均平均折射率折射率双折射双折射钾长石玻璃钾长石玻璃1.51钠长石玻璃钠长石玻璃1.49硫化钾玻璃硫化钾玻璃2.66锆英石锆英石1.950.055正长石正长石1.5250.007硫化铅硫化铅3.912钛酸钡钛酸

4、钡2.40碳化硅碳化硅2.680.043第13页/共31页一些透明材料的折射率 材料材料平均折射率平均折射率材料材料平均折射率平均折射率氧化硅玻璃氧化硅玻璃1.4581.458石英（石英（SiOSiO2 2）1.551.55钠钙玻璃钠钙玻璃1.511.51尖晶石（尖晶石（MgAlMgAl2 2O O4 4）1.721.72硼硅酸玻璃硼硅酸玻璃1.471.47聚乙烯聚乙烯1.351.35重火石玻璃重火石玻璃1.651.65聚四氟乙烯聚四氟乙烯1.601.60刚玉刚玉1.761.76聚甲基丙烯酸酸甲酯聚甲基丙烯酸酸甲酯1.491.49方镁石方镁石1.741.74聚丙烯聚丙烯1.491.49第14页

5、/共31页折射率的影响因素 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 第15页/共31页15.1.2 材料的光反射 光污染光污染 第16页/共31页界面反射与光泽界面反射与光泽 材料对光的反射取决于材料的反射系数和表面粗糙度。 应用应用: :装饰装饰效果雕花玻璃器皿；通讯通讯光导纤维：玻璃纤维与涂层的折射率可变；不可见窗户不可见窗户强折射,低反射：折射率中等，涂层厚为光波长的1/4。第17页/共31页界面反射与光泽界面反射与光泽 光泽主要由和决定。 高光泽铅基釉,光滑表面 磨砂粗糙,无光。釉中

6、析晶第18页/共31页15.1.3 材料的光吸收 dlIdIleII0朗伯特（Lambert）定律 即为吸收系数，单位为cm-1 均匀吸收 选择吸收第19页/共31页表15-3 各种无机材料透光波长范围材料材料能透过的波长范围能透过的波长范围/m/m材料材料能透过的波长范围能透过的波长范围/m/m熔融二氧化熔融二氧化硅硅0.160.164 4多晶氟化多晶氟化钙钙0.130.1311.811.8熔融石英熔融石英0.180.181.21.2单晶氟化单晶氟化钙钙0.130.131212偏铌酸锂偏铌酸锂0.350.355.55.5三硫化砷三硫化砷玻璃玻璃0.60.61313方解石方解石0.20.25.

7、55.5硫化锌硫化锌0.60.614.514.5二氧化钛二氧化钛0.430.436.26.2氟化钠氟化钠0.140.141515钛酸锶钛酸锶0.390.396.86.8氟化钡氟化钡0.130.131515三氧化二铝三氧化二铝0.20.27 7硅硅1.21.21515蓝宝石蓝宝石0.150.157.57.5氟化铅氟化铅0.290.291515氟化铝氟化铝0.120.128.58.5硫化镉硫化镉0.550.551616第20页/共31页15.1.4 光的散射 a、s分别称为吸收系数和散射系数 第21页/共31页影响透光性的因素：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。1

8、5.2 材料的不透明性与半透明性第22页/共31页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 。第23页/共31页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。 第24页/共31页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

9、特意使两相折射率很接近）第25页/共31页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。 第26页/共31页 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

10、，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 第27页/共31页15.3光学材料及应用 （1）荧光材料： 荧光（灯）屏，荧光（灯）屏，CRTCRT阴极射线管，闪烁计数器阴极射线管，闪烁计数器 荧光剂荧光剂+ +激活剂激活剂 ： 灯灯卤代磷酸钙卤代磷酸钙+ +锑或锰；锑或锰；n（2）激光材料：n基质：为激活离子提供晶格场，使之受激发射；基质：为激活离子提供晶格场，使之受激发射； 类别：类别： 氧化物及氟化物晶体（氧化物及氟化物晶体（AlAl2 2O O3 3,BaF),BaF)n激活离子：作为发光中心的小量掺杂离子；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，三价稀土离子类别：过渡族金属离子，三价稀土离子n红宝石激光器：红宝石激光器：CrAlCrAl2 2O O3 3 氧化铝基质晶体氧化铝基质晶体第28页/共31页 （3）电光与声光材料： 外电场外电场 光折射率，吸收变化光折射率，吸收变化 电光效应电光效应 控制光强度控制光强度/ /相位相位/f/f/偏振偏振/ /传播方向传播方向 光调制器，光开关，光