第八章 透光和导光材料

射，另外光也会透过玻璃，常常透
过的光的强度小于入射强度，这往
来自百度文库
往是由于玻璃会吸收一部分光。
光的入射、反射、透射、吸收
T+A+R=1 透射率、吸收率和反射
和强度关系：I0＝ IR+ IT+ IA
率的大小不仅与材料有
透射率T：T= IT / I0
关，还与光波的波长有
吸收率A：A= IA / I0
关。
反射率R：R= IR / I0
0.434al Dr Dr 2 lg(1 R)
Dr－反射修正值。 光密度的物理意义：吸收 (失0.之43和4α。l)和反射(Dr)两部分损
EXIT
3. 内透射率θ 内透射率θ所表示光线 在透过介质时，只考虑吸收 不考虑反射的特征值。
I 0 (1 R)el
I 0 (1 R)
光的折射 折射率和相对折射率 折射率与材料和入射光的频率有关。
EXIT
光功能材料基本知识
二、材料光学性能的本质
固体材料的透射、吸收和反射等光学性能的本质涉及 电磁波与材料中原子、离子或电子的相互作用，最重要的 二点是电子极化和电子的能量转换。
1、电子极化 电子极化影响介电常数，折射率与介电 常数有关，反射率与反射界面二侧介质 的折射率有关，所以电子极化对光学性 能有很大影响。
2、光子与电子的能量转换 光具有波动和微粒二重性，当考虑光与 电子之间的能量转换时，光当成粒子， 称为光子。
EXIT
光功能材料基本知识
二、材料光学性能的本质
2、光子与电子的能量转换 光子是最早发现的构成物质
的基本粒子之一。 光子所具有的能量不是连续
的，与频率v有关，光子能量 E=hv。当电子与光子间发生能量 转换时，或是吸收一个光子的能 量，或是发射出一个光子，而不 能只交换一部分光子的能量。
EXIT
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
二、透光材料的种类 高聚物材料：另一类透光材料，发展较快，主要有
聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯丙烯 腈共聚体、聚甲基异戍二烯、透明聚酰胺等。
高聚物材料材料的透射率已达到90％左右，有的原 来透射率不太高的树脂如PVC也已经制出透射率达到90 ％的产品。
el

T (1 R)2
吸收系数越大时，θ 值就越小，材料的透光性 能就不好。
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
一、透光材料的特征值
4. 平均色散系数υ D 透光材料中光学玻璃通常 按 折 射 率 nD 和 平 均 色 散 系 数 υ D两个光学常数进行分类。 平均色散系数的表示为:
EXIT
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
透光材料包括透可见 光(波长0.39～0.76μ m)、 红外光 (波长1～1000μ m ) 和紫外光(波长0.01～ 0.4μ m)的材料。
一、透光材料的特征值 1. 透射率 T 透射率T为透射光强IT 与入射光强I0 之比T=IT/I0， 也称透光率。
光功能材料基本知识
一、材料的光学性能
光是一种电磁波， 各种电磁波的能量、 波长和频率见左图。
材料的光学性 能是指材料对电磁 波辐射、特别是对 可见光的反应，主 要是用材料对电磁 波的吸收、反射和 透射特性来衡量。
EXIT
光功能材料基本知识
一、材料的光学性能
当一束强度为I0的光入射到玻璃 中时，在材料的表面会发生光的反
入射光强Io，射入介质的 光强为(1-R)Io，反射掉部 分光强为IoR。
EXIT
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
一、透光材料的特征值 1. 透射率 T 射入介质的光在穿过介质 时被吸收一部分后，达到介质另 一面的光强为:
Io(1-R)e-al 又被反射回介质内的光强为:
IoR(1-R) e-al 最后透射出介质的光强:
nF-nC－平均色散，也称中 部色散。
对于玻璃，υ D＞50称冕玻 璃，υ D＜50 称火石玻璃。
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
二、透光材料的种类 透可见光的材料常用的有玻璃和高聚物两大类。 玻璃材料的优点：透射率最高(可高达98％以上)， 折射率范围大(1.44～1.94)，色散系数范围大(υD= 20～90) 光学稳定性好，耐磨损。 玻璃材料的缺点：密度大(2.27～6.26g/cm3)，耐冲击 强度低，加工困难，制造周期长。 目前，玻璃仍是制造各种光学元件特别是高、精光 学元件的最主要的材料。
EXIT
光功能材料基本知识
二、材料光学性能的本质
2、光子与电子的能量转换 对于电子来说，从光子处吸收的
能量或给光子的能量也不是任意的， 而是要刚好等于材料中电子可能存在 的能级的能量差。
电子和光子彼此间能量交换的这 种“苛刻”条件，导致不同的材料具 有完全不同的光学性能。
当光子的能量给了电子，光被材 料吸收；当受光激发的电子回落到低 能级放出光子，光被材料反射。
EXIT
光功能材料基本知识
一、材料的光学性能
根据透射率、吸收率和反射率之间 的相对大小，材料可分为：
光 透 明 的 (transparent) 材 料 ： A 、 R 很小，可见光几乎可以全部透过。
光半透明的(translucent)材料：可见 光穿透比较困难。
光不透明的(opaque)材料：不能透过 可见光。
不仅已用于眼镜和低档照相机上，而且已逐步应用 于显微镜、天文望远镜、夜视仪、制导系统、测距机等 各种中高档光学仪器上。
EXIT
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
D

nD 1 nF nC
EXIT
υ D－平均色散系数，也称 阿贝数；（数值越小色散现象
越厉害）
nF － 材 料 对 标 准 谱 线 F(λ =4861.3Å) 的折射率；
nC － 材 料 对 标 准 谱 线 C(λ =6562.7Å) 的折射率；
nD － 材 料 对 标 准 谱 线 D(λ =5892.9Å) 的折射率。
IT ＝Io(1-R)2e-al
透射率T为: T=(1-R)2e-al
α 吸收系数；l介质长度。 一般取介质长度为1Omm的值 作为标准。
EXIT
第八章 透光和导光材料
§8.1 透光材料
一、透光材料的特征值
2. 光密度 D
D lg 1 T
D

lg
(1
1 R) 2 e al
al lg e 2 lg(1 R)