材料的光学性能.ppt

* * 第四章 材料的光学性能 光的本性 光与固体介质的相互作用 材料的光发射 第四章 材料的光学性能 第一节 光的本质 对光本质的认识： 牛顿 光是粒子流 惠更斯 光是一种波 麦克斯韦 光是一种电磁波 普朗克 光量子假说 爱因斯坦 波粒二象性 4.1.1 光是电磁波 第四章 材料的光学性能 第一节 光的本质 光是一种电磁波，它是电磁场周期性振动的传播所形成的。 线偏振光波中电振动、磁振动及光传播的方向 第四章 材料的光学性能 第一节 光的本质 光波的传播速度： 光波在不同介质中的传播速度不同，然而光振动的频率不变，因此相同频率的光波在不同介质中可有不同的波长。 电磁波在介质中的速度: 式中c为电磁波在真空中的速度 εr μr 分别为介质中的介电常数和磁导率 第四章 材料的光学性能 第一节 光的本质 4.1.2 光波的干涉和衍射 干涉和衍射是波动的基本特性。 双缝干涉示意图 第四章 材料的光学性能 第一节 光的本质 4.1.3 波粒二象性 爱因斯坦的光电效应方程把光的粒子性和波动性联系起来，即 光的频率、波长和辐射能都是由光子源决定的。 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 设入射到材料表面的光辐射能流率为φ0，透过、吸收、反射和散射的光辐射能流率分别为φT、 φA、 φR、 φσ。则 两边除以φ0得： T为透射系数；α为吸收系数；R为反射系数；σ称为散射系数 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 微观上，光子与固体材料中的原子、离子、电子之间的相互作用主要表现在以下两个方面： (1)电子极化 电磁辐射的电场分量，在可见光频率范围内．电场分量与传播过程中的每个原子都发生作用，引起电子极化，即造成电子云和原子核电荷重心发生相对位移。 (2)电子能态转变 光子被吸收和发射，都可能涉及到固体材料中电子能态的转变。 折射 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 孤立原子吸收光子后电子态转变示意图 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 4.2.1 材料折射率及影响因素 光的反射与折射 材料的折射率： 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 影响材料折射率的因素： 构成材料元素的离子半径 材料的折射率随介电常数增大而增大，而介电常数与介质的极化有关。 大离子可以构成高折射率的材料，小离子可以构成低折射率的材料 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 双折射现象 双折射： 均质介质 非均质介质 当光束通过各向异性介质表面时，折射光会分成两束沿着不同的方向传播，这种由一束入射光折射后分成两束的现象称为双折射。 通过改变入射光束的方向，可以找到在晶体中存 在一些特殊的方向，沿着这些方向传播的光并不发生双折射，这些特殊的方向称为晶体的光轴。 2)材料的结构、晶型 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 材料存在的内应力 同质异构体 入射波的波长 介质中光速（折射率）随波长改变的现象称为色散。 介质的折射率随着波长的增加而减小．其数值大小为： 外部因素 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 4.2.2 材料的反射率及影响因素 当入射光线垂直或接近垂直于介质界面时，其反射率为： R 两种介质的折射率差别越大，反射率也越大 介质的反射率与波长有关，因此同一材料对不同波长有不同的反射率 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 光的全反射和光导纤维： 光的全反射 光在光导纤维中的传播 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 4.2.3材料的透射及影响因素 一、金属的光透过性质 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 二、非金属材料的光透过性质 1、介质吸收光的一般规律 非金属材料对可见光的吸收有三种机理： 电子极化，但只有光的频率与电子极化时间的倒数处于同一数量级时，由此引起的吸收才变得比较重要； 电子受激吸收光子而越过禁带； 电子受激进入位于禁带中的杂质或缺陷能级而吸收光子。 2、影响介质吸收光的因素 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 非金属材料吸收光子后电子能态的变化 （1）介质的电子能带结构： 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 介电材料吸收光子后电子能态的变化 第四章 材料的光学性能 第二节 光与固体介质的相互作用 （2）光要穿过的介质厚度（光程）： 设入射光的强度为I0。那么经过x厚度的介质。其光强度将下降。可以证明，光的强度