第二章红外光学材料的光学性质

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1、第二章红外光学材料的光学性质§2.1引言§2.2反射§2.3透过率和吸收系数以及和温度的关系§2.4折射指数、色散和折射指数的温度关系§2.5散射§2.6发射率§2.7红外材料的微波透射性质§2.1引言红外光学材料首先要注意的是它的光学性质，然后确定该种材料所适用的光学波段，其后才能考虑它的力学、热学性质。在相同使用波段情况下，在各个材料之间进行选择，光学性质是红外光学材料最重要的基木性质。红外光学材料的光学性质是一个广泛的说法，它实际上包含的内容很多。有光的反射、理论透过率、吸收系数以及和温度的关系、透过率与温度的关系、折射指数以及折射指数的

2、色散关系和温度关系、发射率和红外光学材料的微波介电性质等等。在本章中试图对上述这些性质作尽可能详细的讨论。对于每一种材料，希望能给出具体的实验数据。§2.2反射损伤R5+斤2在第一章的（1・5・18）式屮表示了垂直入射光通过两种不同介质（其折射指数分别为ni和n2）界面时所产生的反射和透射。(2-2-1)(q-t-n2)2在求得上式的过程中是假定介质电导率＜7=0o因而光在介质中传播吋没有损耗。在电导率＜7工0的情况下，在界面的反射系数可表示为：(2-2-2)这里k是消光系数（参见第-章§4）,k备B为吸收系数,对于红外光学材料B值通常在lO-

3、lO-4,因之，消光系数k的数值在4X10"〜4X1CT之间。和（n・l）2,（n+l）2相比是一个非常小的量。因而，在反射率的计算中完全可以忽略。于是,单面反射率通常可以表示为:图2.1实际光学窗口的反射和透射这里R是垂直入射时的反射率。如果入射光是斜入射，由于光的偏振现象(s・极化和p■极化)。反射率R就变得复杂。入射角小于30°时，(2-2-3)式可以用.另外，(2-2-3)式中，认为折射指数为n的介质的厚度是无穷大。因此，界面上只有一次反射。在实际的应用中，如红外窗口是有一定厚度的两面抛光的平片。在空气中,光线a(假定强度为1)垂直入射

4、到窗口的A面，b光线是A面的反射光，其强度是(2-2-3)式所表示的Ro窗口材料对红外光是透明的(虽有吸收但认为吸收很小)，进入窗口内部的入射光强度为1一R。这光线到达另一介面B,则会再次发生反射，其反射仍遵守(2・2・3)式，只不过其强度要乘以系数(1—R)。从B面反射向A面的光到达A面会再次反射，回到B面，而透射部分则迭加到在A面的反射光中。在窗口内部往复反射和透射，其强度逐次减弱，最后考虑了A面和B面的反射后总的反射率r可表小为:(2-2-4)2R12n=1?1+/?1+/从式(2-2-4)看出，对于两面抛光的红外光学材料，总反射r>R,

5、但是它并不是R的2倍。反射损失唯一决定于材料的折射指数。因而，理论透过率T=l-r也就决定于反射损失。对于每一种材料是一个确定的值。在表1中列出了一些红外光学材料的折射指数、单面反射率、双面反射率及理论透过率。图2.2表示了理论透过率和折射指数的关系。90-80-70-60-50-GaAs40--1.01.52.02.5折射指数nI3.03.54.0热压NfeF?MeF/*CaF.•若英MgOMgAlQ.力蓝宝石•ALONYQ)•ZrO?■SuN/.CVDZnSZnSe••金刚石SiC■■CdTe.GaP图2.2红外材料理论透过率与折射指数关系

6、表2.1—些红外光学材料折射指数、单面反射率、双面反射率及理论透过率材料折射指数/［、2R="T5+1丿(%),2R伙)1+/?理论透过率（％）石英1.54274.5&691.3Si3N42.0411.720.979.1SiC2.5619.23268A1ON1.79814.885.2MgAl2O41.6986.512.587.5蓝宝石1.7126.912.987.1ZrO22.077912.32080Y2O31.952710.31&881.2La掺杂Y2O31.952710.318.881.2MgO1.6976.612.387.7CaF°1.4

7、33.136.094.0MgF21.42.75.2594.75热压MgF21.3562.34.595.5GaP2.9023.738.461.6GaAs3.27628.3344.1555.85CVDZnS2.201424.675.4M-ZnS2.201424.675.4CVDZnSe2.4016.952971CaTe2.67220.734.365.7InP3.4253046.253.7Ge4.00323652.947.1Si3.42619.546.153.9金刚石2.37616.52&471.6注：折射指数和波长有关。这里为了计算反射率和理论透过

8、率、折射指数的色散引起的误差＜1%O因而对于屮波材料取3um处，对长波材料取10um处的折射指数。§2.3透过率和吸收系数以及和温度的关系2.3.1概