1、材料的光学性能与检测材料的光学性能与检测主要内容主要内容 光的物理本质光的物理本质 光通过介质的现象光通过介质的现象 材料的透光性材料的透光性 界面反射与光泽界面反射与光泽 光学性能检测光学性能检测光的物理本质光的物理本质光速与真空中的电导率光速与真空中的电导率0和导磁率和导磁率0的关系的关系：001c光子（光子（Photon）的能量的能量 ：hchE光速与波长光速与波长和和频率频率的关系：的关系：c光色 波长(nm) 频率(Hz) 中心波长 (nm) 红 760622 3.910144.81014 660 橙 622597 4.810145.01014 610 黄 597577 5.0101
2、45.41014 570 绿 577492 5.410146.11014 540 青 492470 6.110146.41014 480 兰 470455 6.410146.61014 460 紫 455400 6.610147.51014 430 人眼最为敏感的光是黄绿光，即人眼最为敏感的光是黄绿光，即555nm附近。附近。可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光七彩颜色的波长和频率范围光在均匀介质中的直线传播定律；光在均匀介质中的直线传播定律；光通过两种介质的分界面时的反射定律光通过两种介质的分界面时的反射定律和折射定律；和折射定律；光的独立传播定律和光路可逆性原理。光的独立传播定律和光路可逆
3、性原理。反射定律指出，反射线的方向遵从：反射定律指出，反射线的方向遵从： 反射线和入射线位于同一平面（即入射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；面）内，并分别处在法线的两侧； 反射角等于入射角。反射角等于入射角。一、一、 介质对光的反射与折射介质对光的反射与折射 折射定律指出，折射线的方向满足：折射定律指出，折射线的方向满足： 折射线位于入射面内，并和入射线分别处在折射线位于入射面内，并和入射线分别处在法线的两侧；法线的两侧； 对单色光而言，入射角对单色光而言，入射角i的正弦和折射角的正弦和折射角r的正的正弦之比是一个常数，即弦之比是一个常数，即 sini/sin
4、r=n2/n1=n21 n21称为第二介质相对于第一介质的相对折射率。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。与入射角无关。 如果第一介质为真空，则上式可写为如果第一介质为真空，则上式可写为 sini/sinr=n2式中式中n2为第一介质相对于真空的相对折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，简称射率，或第二介质的绝对折射率，简称折射率。折射率。n=V真空真空 / V材料材料=c / V材料材料介质的折射率永远是大于介质的折射率永远是大于1的正数。的正数。 如如:空气空气 n=
5、1.003， 固体氧化物固体氧化物 n=1.32.7， 硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃 n=1.51.9。折射率折射率n的定义：的定义： 光在真空和材料中的速度之比即为材料光在真空和材料中的速度之比即为材料的的折射率折射率。n1n2i1入射束入射束i2折射束折射束v 入射角、折射角、入射角、折射角、材料的折射率、光在材料的折射率、光在材料中的传播速度有材料中的传播速度有下述关系：下述关系：21211221sinsinvvnnnii材料的折射率反映了光在该材料中传材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。播速度的快慢。光密介质：光密介质：折射率大的介质折射率大的介质 光的传播速度慢光的传播速度慢光疏介
6、质：光疏介质：折射率小的介质折射率小的介质 光的传播速度快。光的传播速度快。v构成材料元素的离子半径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：料，如：PbS的的 n=3 . 912 SiCl4 n=1 . 412 v材料的结构、晶型和非晶态材料的结构、晶型和非晶态 均质介质均质介质：对于非晶态（无定形体）和立方晶体各方向同性：对于非晶态（无定形体）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。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。 非均质介质非均质介质
7、：除立方晶体外的晶体，光进入后分为两相垂直：除立方晶体外的晶体，光进入后分为两相垂直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。折射。v材料所受的内应力材料所受的内应力 有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的向的n大，平行于主应力方向的大，平行于主应力方向的n小。小。v同质异构体同质异构体 在同质异构体材料中，高温时的晶型折射率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。较低，低温时存在的晶型折射率高。 当光线由介质当光线由介质1 1入射到介质入射到介质2
8、2时，光在时，光在介质面上分成了反射光和折射光。这种反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。透过部分的强度减弱。光的连续反射和折射光的连续反射和折射 光的总能量流光的总能量流W为：为：WWW W、W、W”分别为单位时间通过单位面积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。的入射光，反射光和折射光的能量流。光的全反射光的全反射全反射全反射：当光从光密介质射向光疏介质，且入：当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角时，光线被射角大于临界角时，光线被100%反射的现象。反射的现象。此时不
9、再有折射光线，入射光的能量全部回到此时不再有折射光线，入射光的能量全部回到第一介质中。第一介质中。)(sin2112nnnnc临界角：临界角：若将一束白光斜射到两种均匀介质的分界若将一束白光斜射到两种均匀介质的分界面上，就可以看到折射光束分散成按红、面上，就可以看到折射光束分散成按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列而成橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序排列而成的彩色光带，这是在介质中不同波长的光的彩色光带，这是在介质中不同波长的光有不同的速度的直接结果。所以，有不同的速度的直接结果。所以，介质中介质中光速或折射率随波长改变的现象称为色散光速或折射率随波长改变的现象称为色散现象。现象。研究色散最方便
10、的实验可以通过棱研究色散最方便的实验可以通过棱镜来进行。测量不同波长的光线经棱镜折镜来进行。测量不同波长的光线经棱镜折射的偏转角，就可以得到折射率随波长变射的偏转角，就可以得到折射率随波长变化的曲线。化的曲线。 二、色散二、色散几种玻璃的色散曲线几种玻璃的色散曲线v 材料的折射率随入射光的频率的减小而材料的折射率随入射光的频率的减小而减小的性质，称为减小的性质，称为折射率的色散折射率的色散 对于同一材料而言，波长愈短则折射率愈大对于同一材料而言，波长愈短则折射率愈大不同材料，对同一波长，折射率大者色散率不同材料，对同一波长，折射率大者色散率 dnd也大也大一、介质对光的吸收一、介质对光的吸收光
11、在介质中传播时会有能量的损失，使光在介质中传播时会有能量的损失，使透过介质的光强度减弱的现象，这就是透过介质的光强度减弱的现象，这就是光的吸收。光的吸收。定义定义 光通过介质时光能被发散而使通过光的强光通过介质时光能被发散而使通过光的强度减弱的现象叫度减弱的现象叫光的散射光的散射散射与吸收的区别散射与吸收的区别吸收吸收是由能量转化为内能而使透射强度减是由能量转化为内能而使透射强度减弱；弱；散射散射是由某些幅射的方向改变成与原是由某些幅射的方向改变成与原来光束不同的方向而引起。来光束不同的方向而引起。三、无机材料的透光性三、无机材料的透光性透光性透光性是个综合指标，即光通过无机是个综合指标，即光通过无机材料后，剩余光能所占的百分比。材料后，剩余光能所占的百分比。（1） 气孔率和材料缺陷气孔率和材料缺陷（2） 晶粒排列方法的影响晶粒排列方法的影响影响透光性的因素影响透光性的因素提高无机材料透光性的措施提高无机材料透光性的措施 1提高原材料纯度提高原材料纯度 2掺加外加剂掺加外加剂 3工艺措施工艺措施
