文档介绍：材料物理性能
一、折射1. 概念当光线依次通过不同的介质时,光的行进方向会发生改变,称为“折射”。
折射现象的实质:介质的密度不同,光通过时,传播速度也不同。
2. 折射率介质对光的折射性质用材料的“折射率”n表示
(1)绝对折射率光从真空进入介质材料时,速度降低。光在真空和材料中的速度之比即为材料的绝对折射率。
介质的折射率永远为大于1的正数。空气:n=
固体氧化物: n= ~
硅酸盐玻璃: n= ~
(2)相对折射率光从材料1通过界面传入材料2时,与界面法向所形成的入射角f1 、折射角f2与两种材料的折射率n1和n2之间的关系为:
折射定律: n1sinf1= n2sinf2
材料2相对于材料1的相对折射率为:
分别表示光在材料1和材料2种的传播速度。
2. 影响因素
(1)构成材料元素的离子半径
根据Maxwell电磁理论,光在介质中的传播速度为:
c :真空中的光速;
e:介质的介电常数;
m:介质的导磁率。
对于无机材料:
介质的折射率随其介电常数的增大而增大。
介电常数e 折射率与介质的极化现象有关。
外加电场作用下,介质中的正电荷沿着电场方向移动,负电荷沿着反电场方向移动,这样正负电荷的中心发生相对位移,这种现象就是介质的极化。外加电场越强,正负电荷中心的距离越大。
介质的离子半径增大时,其e增大,因而n也随之增大。
大离子得到高折射率材料:PbS n=
小离子得到低折射率材料: SiCl4 n=
(2)材料的结构、晶型和非晶态(离子的排列)
晶体中沿密堆积方向上具有最高的折射率。
光学均质介质:非晶态(无定型体)、等轴系晶体(各向同性)
光学非均质介质:等轴系晶体外的其它晶体材料
光通过时,一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波,构成两条折射线,这种现象称为双折射。
是非均质晶体的特性,是材料各向异性的表现。
例:玻璃的折射率n=:透过部分为??透射光从另一界面射入空气,透过两个界面,透过部分为:?连续透过x块平板玻璃,透过部分为:(1-m)2x
透过部分为:1-m=1-=0. 9透射光从另一界面射入空气,透过两个界面,透过部分为:
(1-m)2==,透过部分为:(1-m)2x
四、介质对光的吸收
1. 光吸收的一般规律
光作为一种能量流,在穿过介质时,其能量的衰减现象,称为光的吸收。
使介质的价电子跃迁使介质的原子振动价电子激发发出光子®热能能量衰减
激子吸收本征吸收®直接跃迁
®间接跃迁
厚度为x的平板材料,入射光的强度为I0,通过该材料后光强度为I’,则通过材料薄层的吸收损失-dI正比于该处的光强I和薄层的厚度dx。
光强度随穿过介质厚度的变化符合指数衰减规律。
a:物质对光的吸收系数,单位为cm-1。K为吸收率。
a取决于材料的性质和光的波长。a越大,材料越厚,光就被吸收的越多,透过后的光强度就越小。
不同材料, a差别很大。
空气: a » 10-5cm-1
玻璃: a » 10-2cm-1
金属: a为几万~几十万,所以金属实际上时不透明的。
由于吸收引起的光剩余强度为:
由于反射和吸收引起的