FH材料的光學性能匯編

會計學1FH材料的光學性能匯編第15章材料的光學性能15.1光與固體的作用15.2材料的不透明性與半透明性15.3光學材料及應用第1頁/共31頁光傳播的基本性質光的波粒二象性愛因斯坦的光電效應:第2頁/共31頁第3頁/共31頁第4頁/共31頁第5頁/共31頁光傳播的基本性質光的干涉和衍射

雙光束干涉（interference)條件：頻率相同、振動方向一致，固定位相關系。特征：明暗相間、穩(wěn)定的干涉條紋。油膜反射太陽光，產生干涉圖像。第6頁/共31頁光傳播的基本性質衍射（diffraction)當光波傳播遇到障礙物時，在一定程度上能繞過障礙物，稱為衍射（diffraction)，也稱為繞射。障礙物或狹縫的尺寸與光的波長相比擬時，衍射現(xiàn)象明顯。與光波長相比，一般物體都是巨大的障礙物，光波通常表現(xiàn)直線傳播性質。第7頁/共31頁光的干涉和衍射第8頁/共31頁15.1光與固體的作用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頁/共31頁光光與物質的相互作用與光學材料第10頁/共31頁15.1.1材料的光折射玻璃平均折射率雙折射鉀長石玻璃1.51鈉長石玻璃1.49硫化鉀玻璃2.66鋯英石1.950.055正長石1.5250.007硫化鉛3.912鈦酸鋇2.40碳化硅2.680.043第11頁/共31頁由一束入射光折射后分成兩束光的現(xiàn)象稱為雙折射一束光的偏折方向符合折射定律，稱為尋常光（或o光）；另一束光的折射方向不符合折射定律，稱為非常光（或e光）。雙折射（birefraction）第12頁/共31頁玻璃平均折射率雙折射鉀長石玻璃1.51鈉長石玻璃1.49硫化鉀玻璃2.66鋯英石1.950.055正長石1.5250.007硫化鉛3.912鈦酸鋇2.40碳化硅2.680.043第13頁/共31頁一些透明材料的折射率材料平均折射率材料平均折射率氧化硅玻璃1.458石英（SiO2）1.55鈉鈣玻璃1.51尖晶石（MgAl2O4）1.72硼硅酸玻璃1.47聚乙烯1.35重火石玻璃1.65聚四氟乙烯1.60剛玉1.76聚甲基丙烯酸酸甲酯1.49方鎂石1.74聚丙烯1.49第14頁/共31頁折射率的影響因素構成材料元素的離子半徑材料的結構、晶型材料存在的內應力同質異構體半徑大折射率高均質介質非均質介質垂直于主應力方向n值大高溫晶型折射率較低

第15頁/共31頁15.1.2材料的光反射

光污染第16頁/共31頁界面反射與光澤材料對光的反射取決于材料的反射系數和表面粗糙度。應用:裝飾效果—>雕花玻璃器皿；通訊—>光導纖維：玻璃纖維與涂層的折射率可變；不可見窗戶—>強折射,低反射：折射率中等，涂層厚為光波長的1/4。第17頁/共31頁界面反射與光澤光澤主要由折射率和表面粗糙度決定。高光澤——>鉛基釉,光滑表面磨砂——>粗糙,無光。釉中析晶第18頁/共31頁15.1.3材料的光吸收

朗伯特（Lambert）定律

α即為吸收系數，單位為cm-1

均勻吸收選擇吸收第19頁/共31頁表15-3各種無機材料透光波長范圍材料能透過的波長范圍λ/μm材料能透過的波長范圍λ/μm熔融二氧化硅0.16～4多晶氟化鈣0.13～11.8熔融石英0.18～1.2單晶氟化鈣0.13～12偏鈮酸鋰0.35～5.5三硫化砷玻璃0.6～13方解石0.2～5.5硫化鋅0.6～14.5二氧化鈦0.43～6.2氟化鈉0.14～15鈦酸鍶0.39～6.8氟化鋇0.13～15三氧化二鋁0.2～7硅1.2～15藍寶石0.15～7.5氟化鉛0.29～15氟化鋁0.12～8.5硫化鎘0.55～16第20頁/共31頁15.1.4光的散射

αa、αs分別稱為吸收系數和散射系數第21頁/共31頁影響透光性的因素：吸收系數、反射系數、散射系數。散射系數是影響材料透光性的主要因素。15.2材料的不透明性與半透明性第22頁/共31頁15.2材料的不透明性與半透明性15.2.1材料的不透明性金屬對可見光是不透明的；原因：金屬的電子能帶結構的特殊性。大部分被金屬材料吸收的光又會從表面上以同樣波長的光波發(fā)射出來。第23頁/共31頁15.2.1材料的不透明性陶瓷材料：單晶體：一般是透明的，多晶體：，晶相、玻璃相和氣相（氣孔）組成多相體系。多是半透明或是不透明的。第24頁/共31頁15.2.1材料的不透明性高聚物：純高聚物非晶態(tài)均相高聚物：應該是透明的結晶高聚物：一般是半透明的或不透明的嵌段共聚物、接枝共聚物、共混高聚物兩相體系，一般是半透明或不透明的。（除非特意使兩相折射率很接近）第25頁/共31頁5材料的不透明性與半透明性15.2.2材料的乳濁本應是透明的，因各種原因(氣孔

)或人為造成(乳濁劑

)的不透明往往稱為乳濁。15.2.3半透明性

乳白玻璃和半透明釉，都要求在光學性能上具有半透明性。一些重要的藝術瓷如骨灰瓷和硬瓷，半透明性是主要的鑒定指標。莫來石在陶瓷基體內對于散射和降低半透明性起決定性作用。

第26頁/共31頁物質特定波長的光子，激發(fā)本身原子的電子躍遷。分子著色劑：氧化物，如氧化銅、氧化鈷、氧化錳等。起作用的是離子，或者是復合離子。離子有色則化合物必然有色。如藍色、綠色、紫色玻璃等。膠態(tài)著色劑：膠體金、銀、銅，硫化鎘-硒化鎘;

如金紅、銅紅、銀黃、硒紅玻璃等。有色玻璃:裝飾玻璃、信號玻璃、濾光玻璃等。

15.2.4材料的著色

第27頁/共31頁15.3光學材料及應用

（1）熒光材料：熒光（燈）屏，CRT陰極射線管，閃爍計數器熒光劑+激活劑：燈→鹵代磷酸鈣+銻或錳；（2）激光材料：基質：為激活離子提供晶格場，使之受激發(fā)射；類別：氧化物及氟化物晶體（Al2O3,BaF)激活離子：作為發(fā)光中心的小量摻雜離子；類別：過渡族金屬離子，三價稀土離子紅寶石激光器：CrAl2O3

氧化鋁基質晶體第28頁/共31頁（3）電光與聲光材料：外電場—>光折射率，吸收變化—>電光效應—>控制光強度