《材料的光学》ppt课件

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1、第三章杜慧玲博士主讲西安科技大学材料科学与工程系材料的光学内容光的基本性质介质对光的反射与折射介质对光的吸收介质对光的散射与色散材料的光发射激光与激光材料1光是电磁波2光的折射与反射3光的吸收与散射4光的偏振应用电磁场理论说明光的基本现象和规律光波与物质在界面处的相互作用光波在介质中与物质原子的相互作用光矢量和光的各种偏振态•几何光学(geometricaloptics)•波动光学(waveoptics)•量子光学(quantumoptics)回顾与总结光的现象光的微粒说光的波动说光的电磁说光的波粒二象性光

2、的直线传播光的传播速度光的反射光的折射光的干涉光的衍射电磁波谱光谱?§1.光的基本性质引言：（1）微粒学说(corpusculartheory)（2）波动学说(undulatorytheory)（3）光——具有波粒二象性的物质粒子性：光子(Photon)：E=hν=hc/λ一电磁波是矢量波电磁波＝交变电磁状态的传播设一平面电磁波由麦克斯韦理论可得：真空中的电磁波§1.光的基本性质1.1电磁辐射同理：当电场振动沿轴正向传播时，有反映该振动的平面简谐波用麦氏电磁场方程组可推出§1.光的基本性质1.1电磁辐射在

3、真空中：在介质中：§1.光的基本性质1.1电磁辐射折射率(refractiveindex)二电磁波的性质(1)电磁波是横波振动量与波速构成相互垂直的右手螺旋关系。(2)电磁波的偏振性分别在各自的平面上振动。旋光现象。§1.光的基本性质1.1电磁辐射(3)电场与磁场同相变化振幅之间满足电、磁场分量与电磁波传播方向互相垂直§1.光的基本性质1.1电磁辐射(4)电磁波的能量§1.光的基本性质1.1电磁辐射•电磁波的能流密度•坡印廷矢量•电磁波的强度§1.光的基本性质1.1电磁辐射电磁波具有各种频率：无线电，微波

4、，红外线，可见光，紫外线，射线和射线等。•可见光(visiblelight)——能够引起人的视觉的电磁波。§1.光的基本性质1.2电磁波谱光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570绿577~492540青492~470480兰470~455460紫455~400430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。§1.光的基本性质1.2电磁波谱电磁波光谱§1.光的基本性质1.2电磁波谱无线电波－波长比可见光长得多，不能引起

5、人的视觉，可以引起电子的振荡。由于波长很长，一个金属网笼，甚至桥梁上的钢架就可以将其阻止。微波－波长范围分布从毫米到几十厘米，他们在食物里很容易被水分子吸收，可是食物迅速被加热。红外线（IR）－分布在微波和可见光之间，且仅能够在它聚集热的地方探测到。蛇和其他一些生物对红外线很敏感；红外线不能透过玻璃，这一特性可以解释温室效应：晴天时，经过温室玻璃的可见光被植物吸收，而红外线被再次辐射，被玻璃捕获的红外线引起温室内部的温度升高，整个宇宙充满了宇宙大爆炸时残留的冷却物质发出的红外辐射。§1.光的基本性质1.2电

6、磁波谱紫外线（UV）：频率高于可见光的，不能引起视觉，对生命有危害，来自太阳的紫外线几乎被大气中的臭氧完全吸收，臭氧保护着地球的生命，少量透过大气的紫外线会晒黑皮肤或使进行日光浴的人体产生晒斑。X射线：波长比紫外线还短的电磁波，它们很易穿过大多数物质。致密的物质、固体材料比稀疏物质容易吸收更多的X射线，这就是为什么在X射线照片上显现的是骨骼而不是骨骼周围的组织。其波长可与原子尺寸相比拟。§1.光的基本性质1.2电磁波谱γ射线和宇宙射线：波长最短，波长尺寸约为原子核大小量级γ射线产生于核反应及其他特殊的激发过

7、程宇宙射线来自地球之外的空间。§1.光的基本性质1.2电磁波谱在固体材料中出现的光学现象的电磁辐射与固体材料中的原子、离子或电子相互作用的结果。从宏观上讲，当光从一种介质进入另一种介质时，回发生光的透过、吸收和反射。设入射到固体表面的光辐射能流率为φ0，透过、吸收和反射光的光辐射能流率为φT，φA和φR，则有§1.光的基本性质1.3光与固体的相互作用光辐射能流率：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。光与固体相互作用的本质有两种方式：电子极化电子能态转变§1.光的基本性质1.3光与固体的相

8、互作用电子极化电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量；在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发生相互作用引起电子极化，即造成电子云与原子核的电荷中心发生相对位移；所以，当光通过介质时，一部分能量被吸收，同时光速减小，后者导致折射。§1.光的基本性质1.3光与固体的相互作用§1.光的基本性质1.3光与固体的相互作用电子能态转变电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程；材料的原子吸收了