材料的光学性能-详解.ppt

第五章 材料的光学性能 为什么要研究光学性能？ 新型的功能材料在新的技术中的应用。如激光技术、光通讯、光机电一体化技术飞速发展，为满足上述技术的发展，对光学性能提出更高的要求。 光学性能有哪些? 材料光的折射、色散、反射、吸收、散射等线性光学性能以及非线性光学性能。 本章内容： 光学性能的概念、光学特性、光发射等。 非线性光学性能产生条件、光学测量、光学材料应用 光学性能 线性光学性能的物理基础 （P 介质的电极化强度，? 介质的极化率，E 入射光 波中的电场） 介质对光的作用与介质本身的电极化特性是有关 的，极化特性决定了其光学性能，光和电是不可分割 的，许多光现象是用电子理论解释的。 1、折射 1、折射与折射率 折 射——光线依次通过两种不 同的介质时，光的行 进方向发生改变的现 象。 折射实质——由于介质密度不同， 光通过时，传播速 度不同。 5.3.1 折射 绝对折射率n——光从真空进入介质材料时，光在两者中的传播速度之 比为材料的绝对折射率，即 n＝ υ真空/υ材料 ＝ c/υ材料 1 相对折射率n21——光从材料1通过界面进入材料2，两种材料的绝对折 射率之比为“材料2相对材料1的相对折射率。 n21＝ n2/n1 ＝ υ1/υ2 ＝ sin i/sin r 介质的n总是大于1的正数，例如空气 n=1.0003 ，固体氧化物n=1.3~2.7，硅酸盐玻璃 n=1.5-1.9 。 折射率n与介质的极化现象有关，影响极化率的因素即 影响n。 折射率n是物质重要的特性参数，影响 因素有： 1．构成材料元素的离子半径和电子结构 麦克斯韦电磁波理论认为光在介质中的传播速度 5.3.1 双折射 均质－非晶、等轴晶系：介质只有一个折射率 光学材料 非均质－非等轴晶系：具有双折射特性 自然光进入非匀质介质（非等轴晶系晶体）时， 一般要分为振动方向相互垂直传播速率不等的两个 波，分别构成两条折射光线，这种现象称为双折射 （原因：各向异性的表现）。 5.3.2 反射和透射 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，所图所示。 单位能量流： W＝W＋W“ 反射系数： 透射系数： 设一块折射率为 的玻璃，光反射损失为 ,透过部分为 。如果透射光又从另一界面射入空气，即透过两个界面，此时透过部分为 如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分为 全反射 sin iC ＝ 1/n1 光纤利用了全反射特性。 光在其中传播无能量损失。 思考题： 界面能造成光反射损失，如何减少多层玻璃造成的光反射损失？ 色散 色 散——材料的折射率随入射光波长的增加而减少的性质，称为材料的色散。 色 散 ＝ dn/dλ 色散系数 r＝ (na-1)/(nf-nc) nd、nf、nc分别为用波长一定 的纳的D谱线、氢的F谱线和C 谱线测得的折射率代入上式。 为倒数相对色散系数。 非线性光学性能 一、概念 在强光光学范围内，光波在介质中传播时不再服 从独立传播原理，两束光波相遇时，也不再满足线性 叠加原理，而要发生强的相互作用，并由此使光波的 频率发生变化。 物理基础：激光作用下，介质的电极化强度与入 射光场强的关系为一般的幂级数关系，即非线性关系 不同的晶体结构（对称性）产生的非线性极化阶 次不同。 非线性光学性能 二、条件 1. 入射光为强光 2. 晶体对称性要求 3.位相匹配。 非线性光学性能 非线性光学性能的理论模型 电荷转移理论 阴离子基团理论 非谐振振子模型 双能级模型 键电荷模型 键参数模型 ……. 非线性光学性能 非线性光学性能的应用对材料的要求 较大的非线性光学系数（必要条件） 位相匹配； 高的激光损伤阀值； 宽的透光波段； 充分条件 良好的光学均匀性； 容易加工。 非线性光学性能 主要的非线性