无机材料的光学性能

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1、第5章无机材料的光学性能光的基本性质光通过介质的现象无机材料的透光性界面反射和光泽不透明性和半透明性无机材料的颜色问题的提出：真空中的热导率？真空中的电导率？真空中的磁场强度？真空中的光速？问题的思考方向:传播介质光的基本性质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的反射光的折射光的干涉光的衍射电磁波谱光谱?牛顿惠更斯麦克斯韦光电效应普朗克和爱因斯坦光的直线传播光的传播速度1、波粒二象性微粒学说——光是由光源飞出的粒子流——光的折射和反射（牛顿）波动学说——光可以看作是某种振动在介质中的传播——波

2、动性——光的干涉和衍射（惠更斯）量子学说——光是由大量的一份一份的光子组成的一束光子流，每一份光子是一个能量单元（爱因斯坦）表征波动性质的物理量——频率、波长光子同时具有微粒性和波动性——光的双重本质。E：光子的能量（J,焦耳）：光子的频率（Hz,赫兹）：光子的波长（cm）c：光速（2.99791010cm.s-1）h：Plank常数（6.625610-34J.s焦耳.秒）2、光的电磁性（1）光是一种电磁波，是由电磁场周期性振动的传播所形成的，在光波中电场和磁场是交织在一起的；（2）光有波的一般性质；（

3、3）光的真空中传播速度是c=3×108m/s；（4）色光是由频率决定的，即：不同的频率对应不同的颜色的光。麦克斯韦可见光(visiblelight)——能够引起人的视觉的电磁波。3、光波是横波电磁波是矢量波电磁波＝交变电磁状态的传播对人眼或光学仪器起作用的是电场E，只考虑电场作用，而忽略磁场。电场强度矢量直接作为——“光矢量”。振动量与波速构成相互垂直的右手螺旋关系；4、光的偏振性横波的特有性质——偏振性光波电矢量的振动限定在某一个确定方向——平面偏振光（线偏振光）。光波电矢量在垂直光的传播方向的平面内随时间变

4、化的轨迹呈椭圆或圆——椭圆偏振光或圆偏振光。光波电矢量由各种振动方向的波复合而成。垂直光的传播方向的平面内电矢量振动取向机会均等——自然光从宏观上讲，当光从一种介质进入另一种介质时，会发生光的透过、吸收和反射。从微观上看，光与固体的相互作用，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。光和固体的相互作用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、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

5、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。2、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；材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子激发到较高能级上去，电子发生的能级变化∆E与电磁波频率有关：∆E=hν受激电子不可能无限长时间地保持，在激发状态，经过一个短时期后，它又会衰变回基态，同时发射出电磁波，即自发辐射。电子能态转变原子吸收了光子的能量E2--E4与电磁波的频率有关1）只有能量为的光子才能被吸收；2）激发态停留很短

6、时间，衰变回到基态，发出电磁波。3）衰变途径不同，发出电磁波的频率不同。光学性能概述材料的光学性能是材料对外来光源所作出的选择性和特异性反应，包括材料对光传播的影响以及在光吸收或光激发后的光发射。材料对可见光的反射、吸收——五光十色的色彩（塑料、陶瓷、金属、晶体的各种颜色）光的折射、透射——各种光学透镜、光学仪器光的折射、透射、色散——颜色、光泽、透明、半透明的陶瓷的釉彩、餐具、艺术品等，无不是材料光学性能的体现或应用。光学玻璃光学性能概述材料的光学性能是材料对外来光源所作出的选择性和特异性反应，包括材料对光传

7、播的影响以及在光吸收或光激发后的光发射。材料对可见光的反射、吸收——五光十色的色彩（塑料、陶瓷、金属、晶体的各种颜色）光的折射、透射——各种光学透镜、光学仪器光的折射、透射、色散——颜色、光泽、透明、半透明的陶瓷的釉彩、餐具、艺术品等，无不是材料光学性能的体现或应用。美术陶瓷、艺术陶瓷高温下的光导纤维光导纤维视频透明陶瓷第一节光透过介质的现象一、折射当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。折射本质上是由于光的速度的变化而引起的光弯曲的结果。折射率：如果光从介质1传入介质2，这两种材料的折射率关系如下：其中：i

8、1和i2分别为入射角和折射角n21为介质2相对于介质1的折射率介质的折射率永远大于1材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。光密介质：在折射率大的介质中，光的传播速度慢；光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播速度快1、麦克斯韦电磁理论光在介质中的传播速度为：其中：ε为介电常数；μ为磁导率无机材料：μ＝1，ε＞1从本质上讲，材料的折射率反映了材料的电磁结构（对非铁磁介质主要是电结构