fh15-材料的光學(xué)性能

1、材料性能學(xué),主講：付華石家莊鐵道大學(xué),第15章 材料的光學(xué)性能,15.1 光與固體的作用15.2 材料的不透明性與半透明性15.3 光學(xué)材料及應(yīng)用,光傳播的基本性質(zhì),光的波粒二象性,愛因斯坦的光電效應(yīng):,,,,光傳播的基本性質(zhì),光的干涉和衍射 雙光束干涉（interference)條件：頻率相同、振動(dòng)方向一致，固定位相關(guān)系。特征：明暗相間、穩(wěn)定的干涉條紋。 油膜反射太陽光，產(chǎn)生干涉圖像。,光傳播的基本性質(zhì),衍射

2、（diffraction)當(dāng)光波傳播遇到障礙物時(shí)，在一定程度上能繞過障礙物，稱為衍射（diffraction)， 也稱為繞射。 障礙物或狹縫的尺寸與光的波長相比擬時(shí)， 衍射現(xiàn)象明顯。與光波長相比，一般物體都是巨大的障礙物，光波通常表現(xiàn)直線傳播性質(zhì)。,光的干涉和衍射,15.1 光與固體的作用,15.1.1 材料的光折射 15.1.2 材料的光反射 15.1.3 材料的光吸收 15.1.4 光的散射,,,,,,,光,

3、,光與物質(zhì)的相互作用與光學(xué)材料,15.1.1 材料的光折射,由一束入射光折射后分成兩束光的現(xiàn)象稱為雙折射一束光的偏折方向符合折射定律，稱為尋常光（或o光）；另一束光的折射方向不符合折射定律，稱為非常光（或e光）。,雙折射（birefraction）,,一些透明材料的折射率,折射率的影響因素,構(gòu)成材料元素的離子半徑,材料的結(jié)構(gòu)、晶型,材料存在的內(nèi)應(yīng)力,同質(zhì)異構(gòu)體,半徑大折射率高,均質(zhì)介質(zhì)非均質(zhì)介質(zhì),垂直于主應(yīng)力方向n值大,高溫晶

4、型折射率較低,15.1.2 材料的光反射,光污染,界面反射與光澤,材料對(duì)光的反射取決于材料的反射系數(shù)和表面粗糙度。應(yīng)用:裝飾效果—>雕花玻璃器皿；通訊—>光導(dǎo)纖維：玻璃纖維與涂層的折射率可變；不可見窗戶—>強(qiáng)折射,低反射：折射率中等，涂層厚為光波長的1/4。,界面反射與光澤,光澤主要由折射率和表面粗糙度決定。高光澤——>鉛基釉,光滑表面磨砂——>粗糙,無光。釉中析晶,15.1.3 材料的光吸收

5、,,朗伯特（Lambert）定律,α即為吸收系數(shù)，單位為cm-1,均勻吸收選擇吸收,表15-3 各種無機(jī)材料透光波長范圍,15.1.4 光的散射,αa、αs分別稱為吸收系數(shù)和散射系數(shù),影響透光性的因素：吸收系數(shù)、反射系數(shù)、 散射系數(shù)。散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素。,15.2 材料的不透明性與半透明性,15.2 材料的不透明性與半透明性,15.2.1材料的不透明性 金屬對(duì)可見光是不透明的；原因：金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)的特殊性。

6、大部分被金屬材料吸收的光又會(huì)從表面上以同樣波長的光波發(fā)射出來 。,15.2.1 材料的不透明性 陶瓷材料：單晶體：一般是透明的，多晶體：，晶相、玻璃相和氣相（氣孔）組成多相體系。多是半透明或是不透明的。,15.2.1 材料的不透明性 高聚物：,純高聚物,非晶態(tài)均相高聚物：應(yīng)該是透明的,結(jié)晶高聚物：一般是半透明的或不透明的,嵌段共聚物、接枝共聚物、共混高聚物,兩相體系，一般是半透明或不透明的。（除非特意使兩相折射率很接近

7、）,5 材料的不透明性與半透明性,15.2.2 材料的乳濁本應(yīng)是透明的，因各種原因(氣孔 )或人為造成(乳濁劑 )的不透明往往稱為乳濁。 15.2.3 半透明性 乳白玻璃和半透明釉，都要求在光學(xué)性能上具有半透明性。 一些重要的藝術(shù)瓷如骨灰瓷和硬瓷，半透明性是主要的鑒定指標(biāo)。 莫來石在陶瓷基體內(nèi)對(duì)于散射和降低半透明性起決定性作用。,物質(zhì)特定波長的光子， 激發(fā)本身原子的電子躍遷。分子著色劑：氧化物，如氧化銅、氧化鈷、氧

8、化錳等。起作用的是離子，或者是復(fù)合離子。離子有色則化合物必然有色。如藍(lán)色、綠色、紫色玻璃等。膠態(tài)著色劑：膠體金、銀、銅，硫化鎘-硒化鎘; 如金紅、銅紅、銀黃、硒紅玻璃等。有色玻璃:裝飾玻璃、信號(hào)玻璃、濾光玻璃等。,15.2.4 材料的著色,15.3光學(xué)材料及應(yīng)用,（1）熒光材料：熒光（燈）屏，CRT陰極射線管，閃爍計(jì)數(shù)器熒光劑+激活劑 ： 燈→鹵代磷酸鈣+銻或錳；,（2）激光材料：

9、基質(zhì)：為激活離子提供晶格場(chǎng)，使之受激發(fā)射； 類別： 氧化物及氟化物晶體（Al2O3,BaF)激活離子：作為發(fā)光中心的小量摻雜離子； 類別：過渡族金屬離子，三價(jià)稀土離子紅寶石激光器：CrAl2O3 氧化鋁基質(zhì)晶體,（3）電光與聲光材料：外電場(chǎng)—>光折射率，吸收變化—>電光效應(yīng)—>控制光強(qiáng)度/相位/f/偏振/傳播方向—>光調(diào)制器，光開關(guān)，光顯示器等（光電子技術(shù)）;超聲波作用