材料的光學(xué)性能

第十一章材料的光學(xué)性能§11.1光通過(guò)介質(zhì)的現(xiàn)象

§11.2無(wú)機(jī)材料的透光性

§11.3界面反射與光澤

§11.4不透明性和半透明性

§11.5其它光學(xué)性能的應(yīng)用光學(xué)性能的應(yīng)用基礎(chǔ)※※1精選ppt取之不盡的能源信息載體生命之源光引言2精選ppt透光材料激光材料光纖材料（導(dǎo)光材料）發(fā)光材料光調(diào)制材料（電光、磁光、聲光材料）光電材料光信息材料非線(xiàn)性光學(xué)材料……光學(xué)材料分類(lèi)3精選ppt光參量光具有波粒二象性，既有波動(dòng)性，又有粒子性。照片底片感光、眼睛的視覺(jué)作用等都是由光波電場(chǎng)引起，所以用圖形表示光波時(shí)，通常略去磁場(chǎng)不畫(huà)，只畫(huà)電場(chǎng)。4精選ppt波長(zhǎng)（

）：兩相鄰波峰或波谷間的距離，亦即在周期性波動(dòng)的傳播方向上具有相同相位的兩相鄰點(diǎn)之間的距離，即波的空間周期。Einsten光電效應(yīng)方程：頻率（

）：每秒鐘電場(chǎng)完成振動(dòng)周期的次數(shù)（Hz）。相位：在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期或一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，各點(diǎn)位置的度量，它是綜合頻率、時(shí)間、波長(zhǎng)、距離在內(nèi)的一個(gè)角度量。是描述振動(dòng)和波動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)綜合性波參量。振幅：光波中振動(dòng)著的電場(chǎng)的最大值。光強(qiáng)的大小與振幅的平方成正比，因此振幅的大小決定著光的強(qiáng)弱。5精選ppt線(xiàn)性光學(xué)性能描述普通光學(xué)現(xiàn)象的重要公式表現(xiàn)出數(shù)學(xué)上的線(xiàn)性特點(diǎn)，即介質(zhì)的電極化強(qiáng)度P與入射光波的電場(chǎng)E成簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。x為介質(zhì)的極化率，

0位真空介電常數(shù)。6精選ppt§11.1光通過(guò)介質(zhì)的現(xiàn)象一、折射二、色散三、反射四、介質(zhì)對(duì)光的吸收五、介質(zhì)對(duì)光的散射7精選ppt一、折射1.概念當(dāng)光線(xiàn)依次通過(guò)不同的介質(zhì)時(shí)，光的行進(jìn)方向會(huì)發(fā)生改變，稱(chēng)為“折射”。折射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：介質(zhì)的密度不同，光通過(guò)時(shí)，傳播速度也不同。2.折射率介質(zhì)對(duì)光的折射性質(zhì)用材料的“折射率”n表示。8精選ppt光從真空進(jìn)入介質(zhì)材料時(shí)，速度降低。光在真空和材料中的速度之比即為材料的絕對(duì)折射率。（1）絕對(duì)折射率介質(zhì)的折射率永遠(yuǎn)為大于1的正數(shù)?？諝猓簄=1.003固體氧化物：n=1.3~2.7硅酸鹽玻璃：n=1.5~1.99精選ppt材料2相對(duì)于材料1的相對(duì)折射率為：分別表示光在材料1和材料2種的傳播速度。折射率n1

1折射率n2

2（2）相對(duì)折射率折射定律：n1sin

1=n2sin

2光從材料1通過(guò)界面?zhèn)魅氩牧?時(shí)，與界面法向所形成的入射角

1

、折射角

2與兩種材料的折射率n1和n2之間的關(guān)系為：10精選ppt2.影響因素（1）構(gòu)成材料元素的離子半徑根據(jù)Maxwell電磁理論，光在介質(zhì)中的傳播速度為：對(duì)于無(wú)機(jī)材料：c：真空中的光速；

：介質(zhì)的介電常數(shù)；

：介質(zhì)的導(dǎo)磁率。介質(zhì)的折射率隨其介電常數(shù)的增大而增大。11精選ppt折射率與介質(zhì)的極化現(xiàn)象有關(guān)。介電常數(shù)

外加電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中的正電荷沿著電場(chǎng)方向移動(dòng)，負(fù)電荷沿著反電場(chǎng)方向移動(dòng)，這樣正負(fù)電荷的中心發(fā)生相對(duì)位移，這種現(xiàn)象就是介質(zhì)的極化。外加電場(chǎng)越強(qiáng)，正負(fù)電荷中心的距離越大。介質(zhì)的離子半徑增大時(shí)，其

增大，因而n也隨之增大。大離子得到高折射率材料：PbSn=3.912小離子得到低折射率材料：SiCl4

n=1.41212精選ppt（2）材料的結(jié)構(gòu)、晶型和非晶態(tài)（離子的排列）光學(xué)均質(zhì)介質(zhì)：非晶態(tài)（無(wú)定型體）、等軸系晶體（各向同性）光學(xué)非均質(zhì)介質(zhì)：等軸系晶體外的其它晶體材料光通過(guò)時(shí)，光速不會(huì)因傳播方向的改變而變化，材料只有一個(gè)折射率光通過(guò)時(shí)，一般都要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的兩個(gè)波，構(gòu)成兩條折射線(xiàn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為雙折射。晶體中沿密堆積方向上具有最高的折射率。是非均質(zhì)晶體的特性，是材料各向異性的表現(xiàn)。13精選ppt雙折射：當(dāng)一束單色自然光在各向異性晶體的界面折射時(shí)，一般產(chǎn)生兩束折射光（均為線(xiàn)偏振光）。尋常光(o光)非常光(e光)尋常光：平行于入射面的光線(xiàn)的折射率n0不隨入射角的變化而變化，始終為一常數(shù)，服從折射定律。非常光：與尋常光垂直的光線(xiàn)的折射率ne隨入射線(xiàn)方向的改變而變化,不服從折射定律。不發(fā)生雙折射的特殊方向稱(chēng)為“光軸”，光沿光軸方向入射時(shí)，只有n0存在；與光軸方向垂直入射時(shí)，ne達(dá)到最大值。14精選ppt（4）同質(zhì)異構(gòu)體垂直于受拉主應(yīng)力方向的n大，平行于受拉主應(yīng)力方向的n小。對(duì)于壓應(yīng)力，具有相反的效果。在同質(zhì)異構(gòu)材料中，高溫時(shí)的晶型折射率較低，低溫時(shí)存在的晶型折射率較高；相同化學(xué)組成的玻璃比晶體的折射率低。如：室溫下，石英玻璃：n=1.46

石英晶體：n=1.55（3）材料的內(nèi)應(yīng)力15精選ppt二、色散1.概念材料的折射率隨入射光頻率的減小（或波長(zhǎng)的增加）而減小的性質(zhì)，稱(chēng)為折射率的色散。16精選ppt2.色散系數(shù)nD，nF，nC分別為以鈉的D譜線(xiàn)、氫的F譜線(xiàn)和C譜線(xiàn)（5893?，4861?，6563?）為光源，測(cè)得的折射率描述光學(xué)玻璃的色散還用平均色散（nF-nC）實(shí)用的測(cè)量色散的方法是采用固定波長(zhǎng)下的折射率來(lái)測(cè)量，描述材料色散的光學(xué)參量最常用的數(shù)值是倒數(shù)相對(duì)色散，即色散系數(shù)。17精選ppt在自然光的透過(guò)下，在像的周?chē)h(huán)繞一圈色帶，克服的辦法是用不同牌號(hào)的光學(xué)玻璃，分別磨成凸、凹透鏡組成復(fù)合鏡頭，可消除色差，這種鏡頭就是消色差鏡頭。3.討論由于光學(xué)玻璃一般都或多或少具有色散現(xiàn)象，因而使用這種材料制成的單片透鏡，成像不夠清晰，18精選ppt三、反射1.反射系數(shù)反射系數(shù)m：W，W′，W′′分別為單位間內(nèi)通過(guò)單位面積的入射光、反射光和折射光的能量流。W=W′+W′′透射系數(shù)1-m：19精選ppt根據(jù)波動(dòng)理論：S、v分別為光束的橫截面積和傳播速度A為振幅反射波的傳播速度與橫截面積與入射波相同

Fresnel推導(dǎo)：20精選ppt角度很小，即垂直入射時(shí)：介質(zhì)2相對(duì)于介質(zhì)1的折射率：

21精選ppt反射系數(shù)m與折射率n有關(guān)，若介質(zhì)2對(duì)于介質(zhì)1的相對(duì)折射率為n21，當(dāng)角度很小，即垂直入射時(shí)，則有：2.討論垂直入射條件下，界面反射的多少，取決于相對(duì)折射率n21；介質(zhì)1為空氣，可以認(rèn)為n1=1，于是n21=n2；n1和n2相差很大，界面反射損失嚴(yán)重；若n1=n2，則m=0，垂直入射時(shí)幾乎沒(méi)有反射損失；光通過(guò)的界面越多，界面反射就越嚴(yán)重。光連續(xù)透過(guò)x塊反射率為m的介質(zhì)時(shí)，透過(guò)部分為(1-m)2x。22精選ppt例：玻璃的折射率n=1.5

光的反射損失：透過(guò)部分為：1-m=1-0.04=0.96

透射光從另一界面射入空氣，透過(guò)兩個(gè)界面，透過(guò)部分為：

(1-m)2=0.962=0.9216

連續(xù)透過(guò)x塊平板玻璃，透過(guò)部分為：(1-m)2x陶瓷和玻璃等材料的折射率比空氣大，所以光從空氣進(jìn)入這些材料時(shí)，反射損失嚴(yán)重。由多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)，常常用折射率和玻璃相近的膠粘起來(lái)，這樣除了最外和最內(nèi)的兩個(gè)表面是玻璃和空氣的相對(duì)折射率外，內(nèi)部各界面均是玻璃和膠的較小的相對(duì)折射率，從而大大減少了界面的反射損失。23精選ppt3.全反射光線(xiàn)從光密介質(zhì)（玻璃）進(jìn)入光疏介質(zhì)（空氣）中時(shí)，折射角

2大于入射角

1

。當(dāng)

1

為某值時(shí)，

2可達(dá)到90°，這時(shí)光線(xiàn)平行于表面?zhèn)鞑ァ?/p>

1

繼續(xù)增大時(shí)，光線(xiàn)就會(huì)全部向內(nèi)反射回光密介質(zhì)內(nèi)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為全反射。

1

2

1折射率n1

1折射率n2

2

1

1

1光纖通訊臨界角：sini臨界=1/n1空氣24精選ppt四、介質(zhì)對(duì)光的吸收1.光吸收的一般規(guī)律光作為一種能量流，在穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，其能量的衰減現(xiàn)象，稱(chēng)為光的吸收。厚度為x的平板材料，入射光的強(qiáng)度為I0，通過(guò)該材料后光強(qiáng)度為I’，則通過(guò)材料薄層的吸收損失-dI正比于該處的光強(qiáng)I和薄層的厚度dx。能量衰減使介質(zhì)的價(jià)電子躍遷使介質(zhì)的原子振動(dòng)價(jià)電子激發(fā)發(fā)出光子熱能25精選ppt（朗伯特定律）

(Lambert)光強(qiáng)度隨穿過(guò)介質(zhì)厚度的變化符合指數(shù)衰減規(guī)律。26精選ppt

：物質(zhì)對(duì)光的吸收系數(shù)，單位為cm-1。K為吸收率。

取決于材料的性質(zhì)和光的波長(zhǎng)。

越大，材料越厚，光就被吸收的越多，透過(guò)后的光強(qiáng)度就越小。不同材料，

差別很大?？諝猓?/p>

10-5cm-1玻璃：

10-2cm-1金屬：

為幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)，所以金屬實(shí)際上時(shí)不透明的。由于吸收引起的光剩余強(qiáng)度為：27精選ppt2.光吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系(1)選擇性吸收材料對(duì)某一波段的光具有強(qiáng)烈的吸收作用，而對(duì)其它波段的光吸收較弱或不吸收，這種現(xiàn)象稱(chēng)為選擇性吸收。嚴(yán)格說(shuō)一切介質(zhì)都是選擇性吸收介質(zhì)。透明材料在可見(jiàn)光譜內(nèi)的選擇性吸收使其呈現(xiàn)不同的顏色。由于反射和吸收引起的光剩余強(qiáng)度為：反射系數(shù)28精選ppt(2)均勻吸收在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，介質(zhì)對(duì)各種波長(zhǎng)的光的吸收程度相同，這種現(xiàn)象稱(chēng)為均勻吸收。均勻吸收情況下，隨著吸收程度的增加，顏色從灰變到黑。29精選ppt光波在材料中遇到光學(xué)性能不均勻的結(jié)構(gòu)，如含有小粒子的透明介質(zhì)、光性能不同的晶界相、氣孔或其它夾雜物，都會(huì)引起一部分光束被散射，使光束強(qiáng)度降低。本質(zhì)：光波遇到不均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次級(jí)波，與主波方向不一致，與主波合成出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，使光偏離原來(lái)的方向，引起散射。S：散射系數(shù)單為為cm-1。相均勻分布的材料，由于散射引起的光強(qiáng)減弱規(guī)律與吸收規(guī)律形式相同：1.光散射的一般規(guī)律五、介質(zhì)對(duì)光的散射30精選ppt由于吸收和散射引起的光剩余強(qiáng)度為：由于反射、吸收和散射引起的光剩余強(qiáng)度為：I0：光的原始強(qiáng)度；I：透過(guò)厚度為x的材料后，由于散射引起的剩余強(qiáng)度。31精選ppt（1）質(zhì)點(diǎn)大小d

時(shí)，S最大。

d<

時(shí)，d

，S;d>

時(shí)，d

，S;散射質(zhì)點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)不變：2.影響因素散射系數(shù)與散射質(zhì)點(diǎn)的大小、數(shù)量以及其與基體的相對(duì)折射率等因素有關(guān)。當(dāng)光的波長(zhǎng)約等于散射質(zhì)點(diǎn)的直徑時(shí)，出現(xiàn)散射的峰值。32精選ppt反射、折射引起的總體散射起主導(dǎo)作用。散射系數(shù)正比于散射質(zhì)點(diǎn)的投影面積。d>

時(shí)，N：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的散射質(zhì)點(diǎn)數(shù)；R：散射質(zhì)點(diǎn)的平均半徑；K：散射因素，取決于基體與質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)折射率；V：散射質(zhì)點(diǎn)的體積含量。d>

時(shí)，R越小，V越大，S越大。33精選ppt可近似采用瑞利（Rayleigh）散射來(lái)處理：主要為米氏（Mie）散射，散射效果主要與粒子橫截面積成比例。d</3時(shí)，d=

時(shí)，d</3時(shí)，R越大，V越大，S越大。（2）散射質(zhì)點(diǎn)與基體的相對(duì)折射率散射質(zhì)點(diǎn)與基體的相對(duì)折射率越大，散射越嚴(yán)重。34精選ppt§4.2無(wú)機(jī)材料的透光性一、透光率二、材料透光性的影響因素三、提高材料透光性的措施35精選ppt一、透光率透光率是個(gè)綜合指標(biāo)，指光通過(guò)材料后，剩余光能占入射光能的百分比。原始光材料剩余光反射散射吸收36精選ppt透光率：反射損失：吸收和散射損失37精選ppt

吸收系數(shù)吸收系數(shù)與材料的性質(zhì)密切相關(guān)。金屬材料：吸收系數(shù)太大，不透光。陶瓷、玻璃、高分子介電材料：

在可見(jiàn)光范圍內(nèi)吸收系數(shù)較低，在影響透光性的因素中不占主要地位。

反射系數(shù)反射損失與相對(duì)折射率有關(guān)，也與表面粗糙度有關(guān)。二、材料透光性的影響因素38精選ppt

散射系數(shù)（1）材料的宏觀及顯微缺陷除純晶體和玻璃體具有良好的透光性外，多晶多相材料，內(nèi)含雜質(zhì)、氣孔、晶界、微裂紋等缺陷，看上去是不透明的，主要是由于散射引起的。散射系數(shù)是影響透光性的主要因素。材料中的缺陷與主晶相不同，于是與主晶相具有相對(duì)折射率，此值越大，反射系數(shù)越大，散射因子也越大，散射系數(shù)變大。（2）晶粒排列方向的影響各向異性體，存在雙折射。39精選pptn0與ne相差較小，反射和散射損失較小。n0與ne相差較大，反射和散射損失較大。多晶無(wú)機(jī)材料，相鄰晶粒之間的結(jié)晶取向不同。這樣，由于雙折射造成相鄰晶粒之間的折射率也不同。n0n0、ne兩個(gè)晶粒尋常光的相對(duì)折射率相同，即n0/n0=1，無(wú)反射損失；左晶粒的尋常光折射率n0與右晶粒的非尋常光折射率ne不同，形成相對(duì)折射率n0/ne

1，造成反射系數(shù)和散射系數(shù)，引起很大的散射損失。影響多晶無(wú)機(jī)材料透光率的主要因素就是晶體的雙折射率。40精選ppt

-Al2O3晶體的n0=1.76，ne=1.768，若相鄰晶粒的取向互相垂直，晶界面的反射損失為：材料厚2mm，晶粒平均直徑為10m，理論晶界為200個(gè)，由于晶界的反射損失，剩余光強(qiáng)：透明Al2O3的原理，石英玻璃和微晶玻璃的透光率也很高。d>>

時(shí)，n21=n0/ne=1.768/1.761，K0，S0，散射損失也很小。反射損失很小應(yīng)用舉例：41精選ppt金紅石型TiO2陶瓷n0=2.854，ne=2.567，反射系數(shù)為m=2.810-3，材料厚3mm，晶粒平均直徑為3m，理論晶界為1000個(gè)，由于晶界的反射損失，剩余光強(qiáng)：反射損失很大d>>

時(shí)，n21較大，K較大，S大，散射損失也較大金紅石型TiO2陶瓷不透光的原理各向同性體，立方晶系材料（MgO、Y2O3）沒(méi)有雙折射，本身透明度較高，如果使晶界玻璃相的折射率與主晶相相差不大，有可能得到透明陶瓷材料，實(shí)現(xiàn)非常困難。多晶陶瓷的透光率不如同成分的玻璃（非晶態(tài)）大，因?yàn)椴ＡР淮嬖陔p折射，也就不存在晶界反射和散射兩種損失。42精選ppt（3）氣孔引起的散射損失氣孔可看作第二相，其折射率n1可看作1，與基體材料的折射率n2相差很大，相對(duì)折射率n21=n2也較大，所以氣孔引起的反射、散射損失比雜質(zhì)、不等向晶粒排列等因素引起的損失大。（一）材料中氣孔的體積分?jǐn)?shù)為0.2%，氣孔的平均直徑為2m（大于可見(jiàn)光波長(zhǎng)0.39~0.79m)，散射因子為2~4，則散射系數(shù)為：氣孔引起的散射損失與氣孔的直徑有關(guān)。應(yīng)用舉例：材料厚3mm：43精選ppt（二）改善燒結(jié)工藝（熱等靜壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)），使氣孔直徑減小到0.01m（小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的1/3)，即使氣孔的含量高達(dá)0.63%，Al2O3陶瓷也是透光的。材料厚3mm：

提高原材料純度降低雜質(zhì)含量三、提高材料透光性的措施44精選ppt

摻加外加劑雜質(zhì)的折射率與基體的不同，等于在基體中形成分散的散射中心，使S提高。雜質(zhì)顆粒大?。篸>>

或d<<

雜質(zhì)含量：少雜質(zhì)與基體之間的相對(duì)折射率：小降低氣孔率摻加劑雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，使散射損失提高。降低氣孔率，顯著提高了材料的透光率。>>從吸收損失考慮，在使用光的波段范圍內(nèi)，要求基體和雜質(zhì)的吸收系數(shù)不能出現(xiàn)峰值。45精選ppt少量MgO+Y2O3、La2O3應(yīng)用舉例：Al2O3少量MgO新生晶粒表面形成MgO·Al2O3尖晶石細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能降低氣孔率，提高透光性n=1.72摻加量過(guò)多，使反射和散射提高。適量（0.05~0.5%）Al2O3氧化物溶于尖晶石中形成固溶體半徑大的離子置換半徑小的離子，使尖晶石的折射率提高，接近于基體Al2O3的折射率，減少了界面反射和散射。進(jìn)一步提高Al2O3陶瓷的透光率：離子半徑分別為0.65?，0.93?，1.15?46精選ppt

工藝措施降低氣孔率，使晶粒定向排列熱壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)熱鍛法有利于排除氣孔使晶粒定向排列47精選ppt§4.3界面反射與光澤一、鏡反射和漫反射二、光澤三、顏色48精選ppt一、鏡反射和漫反射（1）鏡反射材料表面光潔度非常高時(shí)，反射光線(xiàn)具有明確的方向性，稱(chēng)為鏡反射。具有鏡反射現(xiàn)象的物體只能在反射光線(xiàn)方向才能看見(jiàn)。光的反射使人們能看到自身不發(fā)光物體的存在。材料表面粗糙不平時(shí)，局部的入射角參差不一，反射光的方向也各式各樣，稱(chēng)為漫反射。材料表面越粗糙，鏡反射所占的能量分?jǐn)?shù)越小。漫反射使人們?cè)诟鱾€(gè)方向都能看到物體。（2）漫反射49精選ppt光反射應(yīng)用舉例：雕花玻璃器皿：高折射率，高反射率，裝飾效果好。寶石：強(qiáng)折射、高反射，耀眼。通訊用光導(dǎo)纖維：光束總的內(nèi)反射高。高折射高反射高折射低反射“不可見(jiàn)”窗戶(hù)：涂層玻璃大小相等，位相相反50精選ppt光澤：與鏡反射和漫反射的相對(duì)含量密切相關(guān)。表面光澤與反射影像的清晰度和完整性，即與鏡反射光帶的寬度和它的強(qiáng)度有密切的關(guān)系。其因素主要由折射率和表面光潔度決定。二、光澤提高表面光澤提高表面光潔度增加表面粗糙度減小表面光澤51精選ppt三、顏色由于光吸收的選擇性，導(dǎo)致物體吸收一定波長(zhǎng)范圍的光，而反射或透射其它波長(zhǎng)范圍的光，從而使物體呈現(xiàn)出不同的顏色。如：純銅吸收可見(jiàn)光譜的藍(lán)或紫端的光子，而反射較長(zhǎng)波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，所以，純銅顯紅色。52精選ppt光的顏色是人眼對(duì)具有不同頻率的光的視覺(jué)生理反應(yīng)的結(jié)果。眼睛對(duì)不同光的視覺(jué)靈敏度是隨著光的頻率（或波長(zhǎng)），即光色的不同而變化的。大家都戴著“有色眼鏡”哦！53精選ppt§4.4不透明性和半透明性一、不透明性和半透明性二、乳濁劑的成分三、改善乳濁性能的工藝措施四、半透明材料及改善措施54精選ppt一、不透明性和半透明性建筑衛(wèi)生陶瓷表面常常用釉覆蓋，搪瓷盆也用釉遮蓋。遮蓋底層或坯體的不良顏色釉：表面光澤好、不透明半透明的乳白玻璃使光線(xiàn)非常柔和55精選ppt為了提高不透明性和覆蓋能力，要求光在達(dá)到具有不同光學(xué)性能的底層前被漫反射掉。影響不透明性和半透明性的光學(xué)特性包括：鏡反射光的分?jǐn)?shù)（決定光澤）；入射光漫反射的分?jǐn)?shù)；直接透射光的分?jǐn)?shù)；入射光漫透射的分?jǐn)?shù)。半透明性：透射的光是擴(kuò)散開(kāi)的，大部分入射光應(yīng)該透射過(guò)去而不是被漫反射掉，也就是說(shuō)入射光中漫透射的分?jǐn)?shù)對(duì)于材料的半透明性起著決定性作用。不透明性、半透明性取決于材料的反射和透射性能。56精選ppt決定乳濁度的主要因素是：第二相的顆粒尺寸；第二相的體積分?jǐn)?shù)；第二相與基體的相對(duì)折射率n21。為了達(dá)到最大的散射效果，提高乳濁度，降低透明性：乳濁劑顆粒不能與基體玻璃相發(fā)生反應(yīng)；顆粒與基體的相對(duì)折射率n21要大；顆粒的體積分?jǐn)?shù)要高；顆粒的尺寸與入射光波長(zhǎng)相當(dāng)。為了達(dá)到不透明或半透明性能，方法就是在基質(zhì)中引入第二相粒子—乳濁劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

反射系數(shù)

散射系數(shù)57精選ppt二、乳濁劑的成分（不透明性）構(gòu)成釉及搪瓷的主要成分（基體相）是硅酸鹽玻璃，折射率限定在1.49—1.65。乳濁劑的折射率和基體玻璃相的折射率要相差很大，還必須能在玻璃基體中形成小顆粒，根據(jù)乳濁劑的來(lái)源，乳濁劑可分為：惰性添加物；反映產(chǎn)生的惰性產(chǎn)物；玻璃溶體中成核結(jié)晶產(chǎn)物。58精選ppt59精選ppt折射率特別高，是非常有效地乳濁劑，廣泛用于要求高乳濁度的搪瓷釉中。但是沒(méi)有被用作釉和玻璃中。TiO2原因：高溫，特別是還原氣氛下，使釉著色。搪瓷燒成溫度低不會(huì)出現(xiàn)變色。SnO2普遍用于釉和琺瑯的優(yōu)質(zhì)乳濁劑。缺點(diǎn)：還原氣氛下，被還原成SnO，乳濁效果消失。稀少，介格昂貴，應(yīng)用受到限制。ZrSiO4（鋯英石）優(yōu)點(diǎn)：乳濁效果穩(wěn)定，不受氣氛影響，成本低。推廣使用效果好常用的乳濁劑：60精選ppt三、改善乳濁性能（不透明性）的工藝措施釉和琺瑯的制作工藝：配料細(xì)磨成漿施于坯體煅燒熔融淬冷，制成熔塊乳濁劑顆粒：細(xì)小、均勻、熔體析晶產(chǎn)物—微晶粒隨燒結(jié)溫度的提高，乳濁度先增加，后下降，最后達(dá)到透明，所以焙燒溫度要適宜。溫度太高，釉塊完全熔透，無(wú)相界，造成晶核形成困難。61精選ppt四、半透明材料及改善措施乳白玻璃：明顯的散射，吸收最小，最大的漫透射。在玻璃中摻入和基質(zhì)材料的折射率相近的NaF和CaF2，促進(jìn)其它晶體（方石英）從熔體中析出。單相氧化物陶瓷：半透明性是其質(zhì)量標(biāo)志，半透明性幾乎只取決于氣孔的含量。對(duì)于含有小氣孔的高密度單相陶瓷，半透明度是衡量殘留氣孔率的一中敏感尺度，是瓷品一種良好的質(zhì)量標(biāo)志。62精選ppt工藝瓷（骨灰瓷和硬瓷）：半透明性是其主要的鑒定指標(biāo)。構(gòu)成相：玻璃（折射率接近1.5），莫來(lái)石（折射率1.64）和石英。其中莫來(lái)石對(duì)于散射和降低半透明性起著主要作用。增加玻璃含量，減少莫來(lái)石的量，可提高半透明性。改善半透明性的措施降低氣孔含量，使焙燒溫度足夠高；調(diào)整各相的折射率，使之匹配較好，以減少散射，增加漫透射。液相（折射率1.56）+莫來(lái)石+石英=骨灰瓷63精選ppt§4.5其它光學(xué)性能的應(yīng)用一、發(fā)光材料二、熒光材料三、激光材料四、電光與聲光材料五、光通訊材料64精選ppt一、發(fā)光材料光的發(fā)射是物體中電子從高能態(tài)到低能態(tài)的躍遷產(chǎn)生的，物體要發(fā)光，首先就得使物體中的電子處于高能態(tài)。1.發(fā)光白熾燈絲2000℃光與熱相伴而行爐火純青要靠輻射有效地產(chǎn)生可見(jiàn)光，物體的溫度必須足夠高！熱輻射決定于物體的溫度，是一種普遍存在的現(xiàn)象。65精選ppt太陽(yáng)表面5800℃66精選ppt冷光不需要提高物體的溫度，是物體在某種外界條件的刺激下偏離熱平衡狀態(tài)時(shí)由激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷所產(chǎn)生的輻射。是一種非平衡輻射。以某種方式將能量傳遞給物體使電子提升到一定高能態(tài)的過(guò)程，稱(chēng)為激發(fā)過(guò)程。發(fā)光就是將所吸收的激發(fā)能轉(zhuǎn)化為光輻射的過(guò)程。能量來(lái)源：物理能、機(jī)械能、化學(xué)能、生物能等;相應(yīng)地有：物理發(fā)光、機(jī)械發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等。67精選ppt2.自發(fā)發(fā)光與受迫發(fā)光自發(fā)發(fā)光：受激發(fā)的粒子（如電子），受粒子內(nèi)部電場(chǎng)作用從激發(fā)態(tài)A而回到基態(tài)G時(shí)的發(fā)光。受迫發(fā)光：受激發(fā)的電子只有在外界因素的影響下才發(fā)光。3.材料的發(fā)光特征顏色特征

不同的發(fā)光材料有著不同的發(fā)光顏色。發(fā)光強(qiáng)度特征

發(fā)光強(qiáng)度代表發(fā)射光的能量，是一個(gè)客觀數(shù)值；發(fā)光的亮度是人眼的感覺(jué)，是主觀判斷的結(jié)果，其中包含了眼睛對(duì)不同顏色視覺(jué)的差別。68精選ppt發(fā)光持續(xù)時(shí)間特征

規(guī)定當(dāng)激發(fā)停止時(shí)，其發(fā)光亮度L衰減到初始亮度L0的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間為余輝時(shí)間，簡(jiǎn)稱(chēng)余輝。人眼能夠感覺(jué)到余輝的長(zhǎng)發(fā)光期間者為磷光；人眼感覺(jué)不到余輝的短發(fā)光期間者為熒光。熒光與磷光無(wú)嚴(yán)格區(qū)別。4.發(fā)光材料分類(lèi)（按激發(fā)方式來(lái)分）

光致發(fā)光材料發(fā)光材料在光（紫外光、紅外光、可見(jiàn)光等）照射下激發(fā)發(fā)光。

電致發(fā)光材料發(fā)光材料在電場(chǎng)或電流作用下的激發(fā)發(fā)光。69精選ppt發(fā)光材料在電子束或其它射線(xiàn)束的轟擊下的激發(fā)發(fā)光。發(fā)光材料在熱作用下的激發(fā)發(fā)光。發(fā)光材料在等離子體的作用下的激發(fā)發(fā)光。

射線(xiàn)致發(fā)光材料

熱致發(fā)光材料

等離子發(fā)光材料70精選ppt二、熒光材料電子從激發(fā)態(tài)向低能態(tài)的躍遷時(shí)，若伴隨有熱量向周?chē)膫鬟f或輻射，此過(guò)程中發(fā)射的光為熒光或磷光，取決于激發(fā)和發(fā)射之間的時(shí)間。熒光材料的光發(fā)射主要受其中的雜質(zhì)影響，低濃度的雜質(zhì)就可起到激活劑的作用。應(yīng)用：熒光燈工作原理：汞蒸氣和惰性氣體混合氣體中的放電電能光輻射激發(fā)放電管壁上的熒光劑71精選ppt陰極射線(xiàn)管熒光屏閃爍計(jì)數(shù)器工作原理：電子束激發(fā)熒光劑彩色電視：采用不同的熒光劑，電子束激發(fā)，產(chǎn)生不同頻率范圍的光的發(fā)射，這樣不同的顏色就形成彩色。對(duì)于這種電子掃描顯示屏幕，熒光劑的衰減時(shí)間是個(gè)重要的性能參數(shù)。72精選ppt三、激光材料激光材料由基質(zhì)和激活離子組成，基質(zhì)的作用主要是為激活離子（發(fā)光中心）提供一個(gè)合適的晶格場(chǎng)，使其產(chǎn)生受激發(fā)射?；|(zhì)：氧化物及氟化物晶體

Al2O3、Y3Al5O15、Y