第3章材料的光学性能.ppt

色散系数(阿贝数) 式中nD,nF和nC分别为以钠的谱线、氢的F谱线和C谱线 (589.3nm， 486.1nm和 656.3nm ) 为光源，测得的折射率。 材料的反射率 二 反射 反射定律与折射定律 为了减小反射损失，经常采取以下措施： 透过介质表面镀增透膜。 将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们粘起来，以减少空气界面造成的损失。 材料对光的吸收机理 极化 电子受激吸收光子而从较低能态跃迁到高能态 三 材料对光的吸收 例：求氯化钠晶体能吸收的光的最短波长。 l+dl l dx l I I+dI 光的吸收规律 α 吸收系数，单位为m-1 ， 表征材料对光的吸收能力的特征参数。 吸收系数与吸收率 朗伯特定律 吸收系数表示当透过材料的光强度是入射光 强度的1/e时，光所透过的材料厚度的倒数。 四 光的散射 光在通过气体、液体、固体等介质时，遇到烟尘、微粒、悬浮液滴或者结构成分不均匀的微小区域，都会有一部分能量偏离原来的传播方向而向四面八方弥散开来，这种现象称为光的散射。 例如，当一束太阳光从窗外射进室外内时，我们从侧面可以看到光线的径迹，就是因为太阳光被空气中的灰尘散射的缘故。 散射的一般规律 3.4.2弹性散射和非弹性散射 根据散射前后光子能量（或光波波长）变化与否，分为弹性散射与非弹性散射 弹性散射：散射前后光的波长（或光子能量）不发生变化，只改变方向的散射。 非弹性散射：散射前后光的波长（或光子能量）发生变化的散射，称为非弹性散射。 I0为光的原始强度； I 为光束通过厚度为l的试件后的剩余强度； α 是衰减系数； αa、αs分别称为吸收系数和散射系数 散射系数 散射系数决定于波长和质点尺寸的大小关系。 散射系数和质点尺寸的关系 参量σ与散射中心尺度大小a0有关，按a0与入射光波长λ的大小比较，分为三类： 1） 廷德尔散射 当a0?λ时，σ→0 即散射中心的尺度远大于光波波长时，散射光强与入射光波长无关 如粉笔灰、白云呈白色 例如在胶体、乳浊液以及含有烟、雾 或灰尘的大气中的散射。 弹性散射和波长的关系 2）米氏散射 当a0与λ相近时，σ=0~4 即散射中心的尺度与光波波长可以比拟时， σ在0~4之间,具体取值与散射中心有关. 米氏散射性质比较复杂。 瑞利散射强度与波长的关系 3） 瑞利散射 Rayleigh scattering 当a0?λ时，σ=4 即当散射中心的线度远小于入射光的波长时，散射强度与波长的4次方成反比 按照瑞利散射定律，解释晴天时晨阳与午阳的颜色不同。 入射波长越长，散射光强越小，即长波散射要小于短波散射。 因为大气及尘埃对光谱上蓝紫色光的散射比红橙色光为甚，阳光透过大气层越厚，其中蓝紫色光成分损失越多，太阳显得越红。 1） 拉曼散射 （Raman scattering） 是分子或点阵振动的光学声子（即光学模）对光波的散射。 拉曼散射与材料的结构有关，可以用于测定材料的内部结构。 2） 布里渊散射 （Brillouin scattering） 是点阵振动的声学声子（即声学模）对光波的散射。 由于声学声子的能量低于光学声子，所以布里渊散射的频移比拉曼散射小，在光谱图上它们紧靠在瑞利线旁。 非弹性散射 图3-14 散射光谱示意图 光色 波长(nm) 频率(Hz) 中心波长 (nm) 红 760~622 660 橙 622~597 610 黄 597~577 570 绿 577~492 540 青 492~470 480 兰 470~455 460 紫 455~400 430 可见光七彩颜色的波长和频率范围 人眼最为敏感的光是黄绿光，即 附近。 ?光通过固体的现象 ?折射（光速的变化） ?反射（能量的变化） ?吸收（能量的变化） ?散射（能量的变化） ?透过（能量） ① ② ③ ④ Ｉ x ①　界面１反射 ②　吸收 ③　散射 ④ 　界面２反射 界面１ 界面２ I0 I1 I２ 3.1.3 光通过固体现象 ?3.2 光的反射和折射 ? 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比即为材料的折射率。 一 折射 式中： 和 分别表示光在材料1及2中的传播速度， 为材料2相对于材料1的相对折射率。 如果光从材料1，通过界面传入材料2时，光在材料1和材料2中的速度之比，就是材料2相对于材料1的折射率。 相对折射率 折射定律 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：在