材料的光学性能-材料性能学-金属力学性能-课件-北京工业大学-12.pdf

材料性能学 材料性能学 （金属力学性能部分） 引言 第十二章材料的光学性能 光学材料是功能材料中的重要组成部分。尤其是激光技 术出现以后，光通讯及光机电一体化技术得到飞速发展， 对材料的光学性能提出了更高的要求，因此了解材料的光 学性能显得非常重要。 本章简要介绍材料的折射、色散、反射、吸收、散射等 线性光学性能的基本概念，线性光学性能在材料中的应用 及其影响因素。以及非线性光学性能产生的条件、结构与 性能之间的关系，以期对于寻找新的非线性光学材料具有 一定的指导意义。 材料性能 第十二章 材料的光学性能 §12.1材料的线性光学性能 第一节 材料的线性光学性能 在激光技术出现以前，描述普通光学现象的重要公式常表现出数学上 的线性特点。在解释介质的折射、散射和双折射等现象时，均假定介质的 电极化强度P与入射光波中的电场E 成简单的线性关系： P= ε χE 0 式中χ为介质的极化率。 由此可以得出，单一频率的光入射到非吸收的透明介质中时，其频率 不发生任何变化；不同频率的光同时入射到介质中时，各光波之间不发生 相互耦合，也不产生新的频率；当两束光相遇时，如果是相干光，则产生 干涉，如果是非相干光，则只有光强叠加，即服从线性叠加原理。因此， 上述这些特性称为线性光学性能。 线性光学性能主要应用于普通光学制品及光学器件。 材料性能 第十二章 材料的光学性能 §12.1材料的线性光学性能 一、基本光学性能 1.光通过固体的现象 当光从一种介质进入另一种介质时 （例如从空气进入固体中）， 一部分透过介质，—部分被吸收，一部分在两种介质的界面上被反射， 还有一部分被散射。设入射到材料表面的光辐射能流率为φ ，透过、 0 吸收、反射和散射的光辐射能流率分别为φ 、φ 、φ 、φ ，则 T A R σ φ ＝φ + φ + φ + φ 0 T A R σ 2 光辐射能流率的单位为w ／m ，表示单位时间内通过单位面积(与光 线传播方向垂直) 的能量。若用φ 除上式的等式二边，则得 0 T+ α+R+ σ＝1 式中：T ＝φ / φ 称为透射系数； α＝φ / φ 称为吸收系数； T 0 A 0 R= φ / φ 称为反射系数；σ＝φ / φ 称为散射系数。 R 0 R 0 材料性能 第十二章 材料的光学性能 §12.1材料的线性光学性能 从微观上分析，光子与固体材料相互作用，实际上是光子与固体材料 中的原子、离子、电子之间的相互作用，出现的二种重要结果是： (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。其结果，当光线通过介质时，一部分能量被 吸收，同时光波速度被减小，导致折射产生。 (2)电子能态转变 光子被吸收和发射，都可能涉及