材料的光学性能(I)

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1、第四章材料的光学性能§4.1光通过介质的现象§4.2无机材料的透光性§4.3界面反射与光泽§4.4不透明性和半透明性§4.5其它光学性能的应用光学性能的应用基础※※取之不尽的能源信息载体生命之源光引言透光材料激光材料光纤材料（导光材料）发光材料光调制材料（电光、磁光、声光材料）光电材料光信息材料非线性光学材料……光学材料分类光参量光具有波粒二象性，既有波动性，又有粒子性。照片底片感光、眼睛的视觉作用等都是由光波电场引起，所以用图形表示光波时，通常略去磁场不画，只画电场。波长（）：两相邻波峰或波谷间的距离，亦即在周期性波动的传播方向上具有相同相位的两相邻点之间的距离，即波的空间周

2、期。Einsten光电效应方程：频率（）：每秒钟电场完成振动周期的次数（Hz）。相位：在一个转动周期或一个波长范围内，各点位置的度量，它是综合频率、时间、波长、距离在内的一个角度量。是描述振动和波动状态的一个综合性波参量。振幅：光波中振动着的电场的最大值。光强的大小与振幅的平方成正比，因此振幅的大小决定着光的强弱。线性光学性能描述普通光学现象的重要公式表现出数学上的线性特点，即介质的电极化强度P与入射光波的电场E成简单的线性关系。x为介质的极化率，0位真空介电常数。§4.1光通过介质的现象一、折射二、色散三、反射四、介质对光的吸收五、介质对光的散射一、折射1.概念当光线依次通

3、过不同的介质时，光的行进方向会发生改变，称为“折射”。折射现象的实质：介质的密度不同，光通过时，传播速度也不同。2.折射率介质对光的折射性质用材料的“折射率”n表示。光从真空进入介质材料时，速度降低。光在真空和材料中的速度之比即为材料的绝对折射率。（1）绝对折射率介质的折射率永远为大于1的正数。空气：n=1.003固体氧化物：n=1.3~2.7硅酸盐玻璃：n=1.5~1.9材料2相对于材料1的相对折射率为：分别表示光在材料1和材料2种的传播速度。折射率n11折射率n22（2）相对折射率折射定律：n1sin1=n2sin2光从材料1通过界面传入材料2时，与界面法向所形成的入

4、射角1、折射角2与两种材料的折射率n1和n2之间的关系为：2.影响因素（1）构成材料元素的离子半径根据Maxwell电磁理论，光在介质中的传播速度为：对于无机材料：c：真空中的光速；：介质的介电常数；：介质的导磁率。介质的折射率随其介电常数的增大而增大。折射率与介质的极化现象有关。介电常数外加电场作用下，介质中的正电荷沿着电场方向移动，负电荷沿着反电场方向移动，这样正负电荷的中心发生相对位移，这种现象就是介质的极化。外加电场越强，正负电荷中心的距离越大。介质的离子半径增大时，其增大，因而n也随之增大。大离子得到高折射率材料：PbSn=3.912小离子得到低折射率材料：

5、SiCl4n=1.412（2）材料的结构、晶型和非晶态（离子的排列）光学均质介质：非晶态（无定型体）、等轴系晶体（各向同性）光学非均质介质：等轴系晶体外的其它晶体材料光通过时，光速不会因传播方向的改变而变化，材料只有一个折射率光通过时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，构成两条折射线，这种现象称为双折射。晶体中沿密堆积方向上具有最高的折射率。是非均质晶体的特性，是材料各向异性的表现。双折射：当一束单色自然光在各向异性晶体的界面折射时，一般产生两束折射光（均为线偏振光）。寻常光(o光)非常光(e光)寻常光：平行于入射面的光线的折射率n0不随入射角的变化而变化，始终

6、为一常数，服从折射定律。非常光：与寻常光垂直的光线的折射率ne随入射线方向的改变而变化,不服从折射定律。不发生双折射的特殊方向称为“光轴”，光沿光轴方向入射时，只有n0存在；与光轴方向垂直入射时，ne达到最大值。（4）同质异构体垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉主应力方向的n小。对于压应力，具有相反的效果。在同质异构材料中，高温时的晶型折射率较低，低温时存在的晶型折射率较高；相同化学组成的玻璃比晶体的折射率低。如：室温下，石英玻璃：n=1.46石英晶体：n=1.55（3）材料的内应力二、色散1.概念材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。

7、2.色散系数nD，nF，nC分别为以钠的D谱线、氢的F谱线和C谱线（5893Å，4861Å，6563Å）为光源，测得的折射率描述光学玻璃的色散还用平均色散（nF-nC）实用的测量色散的方法是采用固定波长下的折射率来测量，描述材料色散的光学参量最常用的数值是倒数相对色散，即色散系数。在自然光的透过下，在像的周围环绕一圈色带，克服的办法是用不同牌号的光学玻璃，分别磨成凸、凹透镜组成复合镜头，可消除色差，这种镜头就是消色差镜头。3.讨论由于光学玻璃一般都或多或少具有色散现象，因而使用这