折射率与介电常数之间的关系.doc

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1、折射率与介电常数之间的关系1可见光和金属间的相互作用可见光入射金属时，其能是可被金属表层吸收，而激发自由电子，使之具有较高的能态。当电子由高能态回到较低能态时，发射光子。金属是不透光的，故吸收现象只发生在金属的厚约100nm的表层，也即金属片在100nm以下时，才是“透明”的。只有短波长的X－射线和γ－射线等能穿过一定厚度的金属。所以，金属和可见光间的作用主要是反射，从而产生金属的光泽。2可见光和非金属间的作用1)折射当光线以一定角度入射透光材料时，发生弯折的现象就是折射（Refraction），折射指数n的定义是：光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光在真空和材料中的速度之

2、比即为材料的折射率。如果光从材料1，通过界面进入材料2时，与界面法向所形成的入射角、折射角与材料的折射率、有下述关系：介质的折射率是永远大于1的正数。如空气的n=1.0003，固体氧化物n=1.3～2.7，硅酸盐玻璃n=1.5～1.9。不同组成、不同结构的介质，其折射率不同。影响n值的因素有下列四方面：a)构成材料元素的离子半径根据Maxwell电磁波理论，光在介质中的传播速度应为：μ为介质的导磁率，c为真空中的光速，ε为介质的介电常数，由此可得：在无机材料这样的电介质中，μ＝1，故有说明介质的折射率随其介电常数的增大而增大。而介电常数则与介质极化有关。由于电磁辐射和原子的电子体

3、系的相互作用，光波被减速了。当离子半径增大时，其介电常数也增大，因而n也随之增大。因此，可以用大离子得到高折射率的材料，如PbS的n=3.912，用小离子得到低折射率的材料，如SiCl4的n=1.412。b)材料的结构、晶型和非晶态折射率还和离子的排列密切相关，各向同性的材料，如非晶态（无定型体）和立方晶体时，只有一个折射率(n0)。而光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别有两条折射光线，构成所谓的双折射。这两条折射光线，平行于入射面的光线的折射率，称为常光折射率(n0)，不论入射光的入射角如何变化，它始终为一常数，服从折射定律。另一条垂

4、直于入射面的光线所构成的折射率，随入射光的方向而变化，称为非常光折射率(ne)，它不遵守折射定律。当光沿晶体光轴方向入射时，只有n0存在，与光轴方向垂直入射时，ne达最大值，此值为材料的特性。规律：沿着晶体密堆积程度较大的方向ne较大。c)材料所受的应力有应力的透明材料，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（提问：为什么？）。规律：材料中粒子越致密，折射率越大。d)同质异构体在同质异构材料中，高温时的晶型折射率较低，低温时存在的晶型折射率较高。例如，常温下，石英玻璃的n=1.46，石英晶体的n=1.55；高温时的鳞石英的n=1.47；方石英的n=1.49，至于说

5、普通钠钙硅酸盐玻璃的n=1.51，它比石英的折射率小。提高玻璃折射率的有效措施是掺入铅和钡的氧化物。例如，含PbO90%(体积)的铅玻璃n=2.1。作业：下表列出了常用非金属材料的折射率，试对照上述所介绍影响折射率的因素，分析其变化规律。你还可找些数据来补充该表吗？表部分非金属材料的折射率材料材料折射率双折射材料折射率双折射玻璃正长石(KalSi3O8)组成1.51钠钙硅玻璃1.51-1.52钠长石(NaAlSi3O8)组成1.49硼硅酸玻璃1.47由霞石正长出组成1.50重燧石光学玻璃1.6—1.7石英玻璃1.458铅玻璃2.60高硼硅酸盐玻璃(SiO290%)1.458硫化钾

6、玻璃2.66晶体四氯化硅1.412金红石TiO22.710.287氟化锂1.392碳化硅2.680.043氟化钠1.326氧化铅2.61氟化钙1.434硫化铅3.912刚玉(Al2O3)1.760.008方解石CaCO31.650.17方镁石(MgO)1.74硅3.49石英1.550.009碲化镉2.74尖晶石MgAl2O41.72硫化镉2.50锆英石ZrSiO41.950.钛酸锶2.49正长石KalSi3O81.5250.007铌酸锂2.31钠长石NaAlSi3O81.5290.008氧化钇1.92钙长石CaAl2Si2O81.5850.008硒化锌2.62硅线石Al2O3.S

7、iO21.650.钛酸钡2.40莫来石3Al2O3.2SiO21.640.有机材料聚氯乙烯1.54-1.55聚氟乙烯1.35-1.38环氧树脂1.55-1.60尼龙661.532)色散材料折射率随入射光频率的减小(或波长增加)而减小的性质，称为折射率的色散。图中表示出了几种材料的色散，色散值就可直接从图中确定。在给定入射光波长的情况下，材料的色散为：色散值也可用固定波长下的折射率来表达，而不是去确定完整的色散曲线。最常用的数值是倒数相对色散，即色散系数：式中nD、nF和nC分别以