无机材料的光学性能.ppt

无机材料物理性能无机材料物理性能2024年年9月月15日日第第 十一十一 讲讲无机材料的光学性能新型光学和光电子器件的各种应用新型光学和光电子器件的各种应用 可见光的基本性质可见光的基本性质可见光的基本性质可见光的基本性质光速与真空中的电导率光速与真空中的电导率ε0和导磁率和导磁率μ0的关系的关系：光速与波长光速与波长λ和频和频率率ν的关系：的关系：粒子的光子粒子的光子（（Photon））的能量为的能量为 ：：光通过介质的现象光通过介质的现象一、折射一、折射v 入射角、折射角与材料的入射角、折射角与材料的 折射率、有下述关系：折射率、有下述关系：v 折射指数折射指数n n的定义：的定义：入射束入射束折射束折射束ir光通过介质的现象光通过介质的现象二、影响折射率的因素二、影响折射率的因素v构成材料元素的离子半径和电子结构构成材料元素的离子半径和电子结构 v材料的结构、晶型和非晶态（材料的结构、晶型和非晶态（p172）v同质异构体一般情况下，同质异构材料的高温晶型同质异构体一般情况下，同质异构材料的高温晶型原子的密堆积程度低，因此高温晶型的折射率较低，低原子的密堆积程度低，因此高温晶型的折射率较低，低温晶型原子的密堆积程度高，因此其折射率较高。

温晶型原子的密堆积程度高，因此其折射率较高v外界因素对折射率的影响材料在机械应力、超声波、外界因素对折射率的影响材料在机械应力、超声波、电场等的作用下，折射率会发生改变，如有内应力存在电场等的作用下，折射率会发生改变，如有内应力存在的透明材料，垂直于受拉主应力方向的的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉大，平行于受拉主应力方向的主应力方向的n小这些效应分别称为光弹性效应、声光小这些效应分别称为光弹性效应、声光效应、电光效应等效应、电光效应等v 倒数相对色散倒数相对色散 ，即色散系数，即色散系数：光通过介质的现象光通过介质的现象三、色散三、色散v材材料料的的折折射射率率随随入入射射光光的的频频率率的的减减小小而而 减小的性质，称为折射率的色散减小的性质，称为折射率的色散v 在给定入射光波长的情况下在给定入射光波长的情况下：光通过介质的现象光通过介质的现象几种玻璃的色散几种玻璃的色散色散色散光通过介质的现象光通过介质的现象色散色散几几种种晶晶体体玻玻璃璃的的色色散散光通过介质的现象光通过介质的现象玻璃镜片镀膜减少镜片的反射玻璃镜片镀膜减少镜片的反射光通过介质的现象光通过介质的现象三、反射三、反射设光的总能量流设光的总能量流W为：为：W＝＝W'＋＋W"波动理论有波动理论有光通过介质的现象光通过介质的现象反射反射FresnelFresnel推导出推导出：：光通过介质的现象光通过介质的现象反射反射自然光在各方向振动的机会均等，可自然光在各方向振动的机会均等，可以认为一半能量属于同入射面平行振以认为一半能量属于同入射面平行振动，另一半属于同入射面垂直的振动，动，另一半属于同入射面垂直的振动，所以有：所以有：光通过介质的现象光通过介质的现象反射反射当角度很小时，即垂直入射：当角度很小时，即垂直入射：介质介质2 2对于介质对于介质1 1的相对折射率的相对折射率：： 光通过介质的现象光通过介质的现象反射反射m称为反射系数称为反射系数(1-m)称为透射系数称为透射系数光通过介质的现象光通过介质的现象反射反射由反射系数的公式可以看出由反射系数的公式可以看出；；v光在界面的反射取决两种介质的相对折光在界面的反射取决两种介质的相对折射率，射率，n21愈大，愈大，m愈大，反射损失愈大愈大，反射损失愈大v如果介质１为空气，可以认为如果介质１为空气，可以认为n1=1,则则n21=n2。

如果如果.n1和和n2相差很大，那么界相差很大，那么界面反射损失就严重；面反射损失就严重； v如果如果n1=n2，，则则m=0，，因此，在垂直因此，在垂直入射的情况下，几乎没有反射损失入射的情况下，几乎没有反射损失 v光连续透过光连续透过x块平板玻璃，则透过部分块平板玻璃，则透过部分应为应为(1-m)2x 思思 考考 题题1 1、影响无机材料折射率的主要因素有哪些？、影响无机材料折射率的主要因素有哪些？2 2、为什么有内应力的材料，垂直受拉主应力、为什么有内应力的材料，垂直受拉主应力方向的方向的n n 大，平行于受拉主应力方向的大，平行于受拉主应力方向的n n 小小3 3、何为常光折射率？何为非常光折射率？它、何为常光折射率？何为非常光折射率？它们是否随入射角的变化而变化？们是否随入射角的变化而变化？4 4、光学玻璃透镜如何消色差？、光学玻璃透镜如何消色差？。