材料物理-14(0427)C

I0
I 0 (1 − R )e − ( a + S ) x
I 0 (1 − R ) 2 e − ( a + S ) x
E1
I 0 (1 − R )
E3 = I 0 R(1 − R)e − ( a + S ) x
上式并未包括 E3反射回去的能量。 该部分光经左、右表面进行二、三次反射之后，仍 然会有从右侧表面透过的那一部分光能。 这部分光能的大小与材料的吸收系数、散射系数密 切相关，也和材料表面的光洁度、材料厚度以及光的 入射角有关，十分复杂。
散射规律
散射使光在前进方向上的强度减弱。
I = I 0e
− Sx
Io：光的初始强度 I：经 x 厚度后的光剩余强度 S：散射系数
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测量所得到的吸收系数
真正的吸收系数 散射系数
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布格尔(Bouguer )定律
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由于散射引起的自然现象
白昼天空是亮的； 没有污染的天空是蔚蓝色的； 云彩是白色的。
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3. 陶瓷材料透光性的影响因素
陶瓷材料不透明 陶瓷材料的组织特点：
多晶多相体质，内含杂质、气孔、晶界、微 裂纹等缺陷。因此，光通过陶瓷材料会受到一系 列阻碍。不可能有单晶体(简称晶体)、玻璃那样 的透光性。
均匀介质的特点 在光波波长范围内，分子密度的统计平均是 均匀的。 不均匀结构介质的特点 含有小粒子、光性能不同的晶界相、气孔或 其它夹杂物的介质。
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均匀介质不散射
光在均匀介质中传播只能沿介质折射率确 定的方向前进。
介质中偶极子发出的次波具有与入射光波相同的频 率，并且由于偶极子之间有一定相位关系，因而它们 是相干光。 介质均匀时，次波相干叠加结果，只剩下遵循折射定 律的光线，而其余方向的振动相互抵消。
−(a+S ) x
(4.25)
传入右侧空间中的光强为
I = I 0 (1 − R ) 2 e − ( a + S ) x
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E2 = I 0 (1 − R)[1 − e − ( a + S ) x ]
实验结果比理论计算的透射比要高。
I I 0 = (1 − R ) 2 e − ( a + S)[1 − e − ( a + S ) x ]
(4.24b)
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光通过陶瓷片时的各种损失(续)
到达材料右表面时，光强为 I 0 (1 − R )e − ( a + S ) x 。再由内部经表面 进入右面介质时，一部分光能 反射进材料内部，其数量为
瑞利散射
32π 4 r 3ϕ孔 n 2 − 1 ( 2 ) S= λ4 n +1
d <λ 3
时
米氏散射
3ϕ孔 S =k× 4r
d >λ
3
时
ϕ 孔：散射质点体积分数；r：质点半径；
k：散射因子相对折射率趋于1时，k趋于0。
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散射光强的影响因素(续)
入射光波长； 散射颗粒的大小、分布、数量； 散射相与基体的相对折射率大小，相对折 射率愈大，其散射愈严重。
透射比 —
光能通过陶瓷材料后，剩余光能所占的百分比。
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光通过陶瓷片时的各种损失
强度为 I 0 的光束垂直入射到陶 瓷片左表面，表面上有反射损 E1 失 ，其表达式为
I0 E1 I 0 (1 − R)
E3 = I 0 R(1 − R)e − ( a + S ) x
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瑞利散射与米氏散射
瑞利散射定律：散射光强与λ4成反比。 散射体的尺度比光的波长小( ka < 0.3 )。 米氏散射定律：散射强度与波长的依赖关系 不明显。 ka 较大。
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瑞利散射与米氏散射 (续)
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介质对光的散射
吸收 — 影响可见光透过的第一类因素 影响可见光透过的第二类因素 — 散射
散射产生许多有趣的现象
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有趣的现象
光线通过均匀透明介质(清水、玻璃)时，从 侧面很难看到光线。 光线通过不均匀介质时(混浊液体)，可从侧 面看到光线。 白天的上空是亮的，并且天空呈湛蓝色。 旭日和夕阳呈红色。 产生散射的原因是光传播的介质不均匀。
E2 = I 0 (1 − R )[1 − e − ( a + S ) x ]
I 0 (1 − R )e − ( a + S ) x
I 0 (1 − R ) 2 e − ( a + S ) x
⎛ n −1 ⎞ E1 = RI 0 = ⎜ ⎟ I0 ⎝ n +1⎠
2
(4.24a)
进入陶瓷片内的光强 I 0 (1 − R) 为 。这一部分光能穿过 厚度为x的材料时，由于吸收和 散射造成的损失为
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受迫振动的特点
光在介质内传播时，介质中的束缚电子(或 者偶极子)在光波电场的作用下受迫振动发 出次波。 这些次波与入射波具有相同的频率。 次波与入射波叠加成折射光波而射出介质。
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均匀介质与非均匀结构介质
I = Ioe
−(a+S ) x
光波的强度（能量）随着光波进入介质的 距离x的增大呈指数规律衰减，衰减的快慢 取决于物质的吸收系数的大小。 该定律也符合金属物质的吸收规律，只是 对于金属吸收系数不同。 吸收系数单位为cm-1。
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散射种类
瑞利散射与联合散射(亦称喇曼散射)： 根据散射光波长和入射光波长是否相同。 瑞利散射与米氏散射： 根据散射程度是否依赖于波长。
实验值比理论值高出的部分就是 E3 最 后透过去的那部分。
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Rev. for class Apr.25
光和固体的相互作用 极化 电子能态转变 材料折射率及其影响因素 材料固有特性 波长(色散) 材料反射系数及其影响因素 金属、半导体、非金属材料的透光性
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二. 非金属材料的透过性
介质吸收光的一般规律 介质对光的散射
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非均匀介质发生散射
杂质所产生的次级波与主波方向不一致， 并合成产生干涉现象，使光偏离原来的折射方 向，从而引起散射。这种现象为瑞利散射。 光的散射主要是次波叠加不能在偏离折 射方向完全抵消的结果。
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E2 = I 0 (1 − R )[1 − e − ( a + S ) x ]
I0 E1 I 0 (1 − R)
E3 = I 0 R(1 − R)e − ( a + S ) x
I 0 (1 − R )e − ( a + S ) x
I 0 (1 − R ) 2 e − ( a + S ) x
E3 = I 0 R (1 − R )e