材料的光学性能与检测word版本.ppt

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1、材料的光学性能与检测神光I装置（2×1012）(1986～1994年)新型光学和光电子器件的各种应用主要内容光的物理本质光通过介质的现象材料的透光性界面反射与光泽光学性能检测光的物理本质光速与真空中的电导率ε0和导磁率μ0的关系：光子（Photon）的能量：光速与波长λ和频率ν的关系：光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~6223.9×1014～4.8×1014660橙622~5974.8×1014～5.0×1014610黄597~5775.0×1014～5.4×1014570绿577~4925.4×1014～6.1×1014540青492~4706.1×1014～6.4

2、×1014480兰470~4556.4×1014～6.6×1014460紫455~4006.6×1014～7.5×1014430人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近。可见光七彩颜色的波长和频率范围①光在均匀介质中的直线传播定律；②光通过两种介质的分界面时的反射定律和折射定律；③光的独立传播定律和光路可逆性原理。反射定律指出，反射线的方向遵从：①反射线和入射线位于同一平面（即入射面）内，并分别处在法线的两侧；②反射角等于入射角。光通过介质的现象一、介质对光的反射与折射折射定律指出，折射线的方向满足：①折射线位于入射面内，并和入射线分别处在法线的两侧；②对单色光而言，入射角i的正弦和折

3、射角r的正弦之比是一个常数，即sini/sinr=n2/n1=n21n21称为第二介质相对于第一介质的相对折射率。它与光波的波长及界面两侧介质的性质有关，而与入射角无关。如果第一介质为真空，则上式可写为sini/sinr=n2式中n2为第一介质相对于真空的相对折射率，或第二介质的绝对折射率，简称折射率。n=v真空/v材料=c/v材料介质的折射率永远是大于1的正数。如空气n=1.003，固体氧化物n=1.3～2.7，硅酸盐玻璃n=1.5~1.9。折射率n的定义：光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。n1n2i1入射束i2折射束入射角、折射角、材料的折射率、光在材料中的传播速度有下述关

4、系：材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电磁结构（对非铁磁介质主要是电结构）在光波作用下的极化性质或介电特性。材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。光密介质：折射率大的介质，光的传播速度慢；光疏介质：折射率小的介质，光的传播速度快。影响折射率的因素构成材料元素的离子半径一般大离子得到高折射率的材料，小离子得到低折射率的材料，如：PbS的n=3.912SiCl4n=1.412材料的结构、晶型和非晶态折射率和离子的排列密切相关均质介质：对于非晶态（无定性体）和立方晶体各方向同性材料，光速不因传播方向改变而变化，材料只存在一个折射率。非均质介质：除立方晶体外的晶体，光进入后分为两相垂直

5、而传播速度不同的两个波，构成两条折射光线，此现象称为双折射。平行于入射面的光线折射率称为常光折射率no，始终为一常数，不随入射方向而改变；另一与之垂直的光线的折射率为非常光折射率ne，随入射方向改变。如石英no=1.543，ne=1.552方解石no=1.658，ne=1.486刚玉no=1.760.，ne=1.768材料所受的内应力有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于主应力方向的n小。同质异构体在同质异构体材料中，高温时的晶型折射率较低，低温时存在的晶型折射率高。如：常温下的石英玻璃n=1.46，最小常温下的石英晶体n=1.55，最大高温时磷石英n=1.47高温时方石

6、英n=1.49反射率与透射率当光线由介质1入射到介质2时，光在介质面上分成了反射光和折射光。这种反射和折射可以连续发生。由于反射，使得透过部分的强度减弱。光的连续反射和折射光的总能量流W为：W＝W'＋W"波动理论有W、W’、W”分别为单位时间通过单位面积的入射光，反射光和折射光的能量流。把光波振动分为垂直于入射面的振动和平行于入射面的振动，Fresnel推导出：自然光在各方向振动的机会均等，可以认为一半能量属于同入射面平行的振动，另一半属于同入射面垂直的振动，所以有：当角度很小时，即垂直入射：介质2对于介质1的相对折射率：m称为反射系数(1-m)称为透射系数由反射系数的公式可以看出：光在

7、界面的反射取决两种介质的相对折射率，n21愈大，m愈大，反射损失愈大如果介质１为空气，可以认为n1=1,则n21=n2。如果n1和n2相差大，那么界面反射损失就严重；如果n1=n2，则m=0，因此，在垂直入射的情况下，几乎没有反射损失。光连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为(1－m)2x在垂直入射的情况下，由于陶瓷、玻璃等材料的折射率较空气的大，所以反射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成，则反射损失更可观。为了减小这种界面损失，