材料性能學(xué)課件：材料的光學(xué)性能-

材料性能學(xué)PropertiesofMaterials材料的光學(xué)性能15.1光與固體的作用InteractionofLightwithsolids15.2材料的不透明性與半透明性Transparencyandnon-transparencyofmaterials15.3光學(xué)材料及應(yīng)用OpticalMaterialsanditsapplication光傳播的基本性質(zhì)光的波粒二象性wave-particleduality

愛因斯坦的光電效應(yīng):PhotoelectricEffect光傳播的基本性質(zhì)光的干涉和衍射Interferenceanddiffraction

雙光束干涉（interference)條件：頻率相同、振動方向一致，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（diffraction)當(dāng)光波傳播遇到障礙物時，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，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Interferenceanddiffraction

15.1光與固體的作用

InteractionofLightwithsolids

15.1.1材料的光折射RefractionofLight

15.1.2材料的光反射

lightreflex(reflection)15.1.3材料的光吸收

Optical(light)absorption

15.1.4光的散射

lightscattering光光與物質(zhì)的相互作用與光學(xué)材料InteractionofLightwithsolidsandOpticalMaterials

15.1.1材料的光折射

Light

RefractionofMaterial玻璃平均折射率雙折射鉀長石玻璃1.51鈉長石玻璃1.49硫化鉀玻璃2.66鋯英石1.950.055正長石1.5250.007硫化鉛3.912鈦酸鋇2.40碳化硅2.680.043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（bi-refraction）玻璃平均折射率雙折射鉀長石玻璃1.51鈉長石玻璃1.49硫化鉀玻璃2.66鋯英石1.950.055正長石1.5250.007硫化鉛3.912鈦酸鋇2.40碳化硅2.680.043一些透明材料的折射率材料平均折射率材料平均折射率氧化硅玻璃1.458石英（SiO2）1.55鈉鈣玻璃1.51尖晶石（MgAl2O4）1.72硼硅酸玻璃1.47聚乙烯1.35重火石玻璃1.65聚四氟乙烯1.60剛玉1.76聚甲基丙烯酸酸甲酯1.49方鎂石1.74聚丙烯1.49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值大高溫晶型折射率較低

15.1.2材料的光反射

lightreflex(reflection)光污染

LightPollution

界面反射與光澤Luster材料對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Optical(light)absorption

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)材料透光波長范圍材料能透過的波長范圍λ/μm材料能透過的波長范圍λ/μm熔融二氧化硅0.16～4多晶氟化鈣0.13～11.8熔融石英0.18～1.2單晶氟化鈣0.13～12偏鈮酸鋰0.35～5.5三硫化砷玻璃0.6～13方解石0.2～5.5硫化鋅0.6～14.5二氧化鈦0.43～6.2氟化鈉0.14～15鈦酸鍶0.39～6.8氟化鋇0.13～15三氧化二鋁0.2～7硅1.2～15藍(lán)寶石0.15～7.5氟化鉛0.29～15氟化鋁0.12～8.5硫化鎘0.55～1615.1.4光的散射

lightscatteringαa、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

Transparencyandnon-transparencyofmaterials15.2材料的不透明性與半透明性

Transparencyandnon-transparencyofmaterials15.2.1材料的不透明性non-transparency金屬對可見光是不透明的；原因：金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)的特殊性。大部分被金屬材料吸收的光又會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non-transparency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non-transparency

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）5材料的不透明性與半透明性

Semi-transparencyandnon-transparencyofmaterials15.2.2材料的乳濁opacity

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

semitransparent

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、信號玻璃、濾光玻璃等。

15.2.4材料的著色

coloringofmaterials

15.3光學(xué)材料及應(yīng)用

OpticalMaterialsanditsapplication（1）熒光材料：FluorescenceMaterial

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：LaserMaterial

基質(zhì)：為激活離子提供晶格場，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：Electro-opticandacousto-opticm