金属材料的光学性质
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4-5 材料的光学性能 optical properties of materials
• Basic principles and concepts relating to interactions of electromagnetic radiation (visible light) with solid materials(atoms). • Refraction, reflection, absorption, and transmission of incident light,and their relationship. • mechanism of absorption and emission of electromagnetic radiation in materials • transparency ,translucency and opacity of materials • index of refraction and its application • luminescence, photoconductivity,and light amplification (lasers)
n21=sini/sinr
W n21 1 m W n21 1
m :反射系数 R:反射率
2
（1-m）：透射系数
FIGURE 19.4
FIGURE 19.5
Figure19.6.
3、光的透射(transmission) I＝I0e－αx 透射率：T＝（1－R）2e－αl 透射率T(transmissivity)、反射率R(reflectivity)、吸 收率A(absorptivity) 三者之和为1
4-5 材料的光学性能(optical properties)
4-5-1 电磁辐射及其与原子的相互作用 Interactions of electromagnetic radiation and atoms 1、光和物质的相互作用——取决于物质电磁性质的 基本参数。电导率、介电常数和磁导率
2、相互作用是由电子跃迁和极化效应实现的
electron transitions and electronic polarization
3、光子能量 energy E of a photon E＝hc／λ＝hν
FIGURE 19.2
4、固体材料的光学性质，取决于电磁辐射与材料表
面、近表面以及材料内部的电子、原子、缺陷之间 的相互作用
4-5-2 吸收ຫໍສະໝຸດ Baidu反射和透射
7、高分子材料的光学性质 聚合物多数无色,包括高透明(transparent)到不透 明。透明度的损失起源于材料内部折射指数 (refraction index)不均匀性产生的光散射 聚合物透明带色，选择性吸收 结晶聚合物通常是半透明(translucent)或不透明 (opaque)的
物质 n（折射率） 物质 n（折射率）
空气 Al2O3 CaF2 Cl2（气体） Cl2（液体） 金刚石 H2O（水） H2O（冰） 聚四氟乙烯 醋酸纤维素 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯 酚醛树脂 环氧树脂 低密度聚乙烯 聚碳酸酯
1.000277 1.63-1.68 1.43 1.000768 1.385 2.417 1.33 1.30 1.35 1.48-1.50 1.49 1.49 1.50-1.70 1.5-1.6 1.51 1.59
例题 19.21 The transmissivity T of a transparent material 20 mm thick to normally incident light is 0.85. If the index of refraction of this material is 1.6, compute the thickness of material that will yield a transmissivity of 0.75. All reflection losses should be considered. Solution
玻璃（重燧石） 玻璃（锌牌） KCl KF NaCl 石英 熔融石英 SrO 聚丙烯腈 天然橡胶 聚酰胺 高密度聚乙烯 聚氯乙烯 氯丁橡胶 聚苯乙烯
1.65 1.52 1.49 1.36 1.54 1.54 1.47 1.87 1.51 1.52 1.53-1.55 1.54 1.54-1.56 1.55 1.59
R=(n-1)2/(n+1)2
FIGURE 19.8
4、折射指数 Refraction Index 折射来源于光线通过透明材料时，由于介质的电子极化
使得光速降低，光线在界面弯曲的现象。 折射指数的大小与介质的性质（原子或离子的尺寸、介电 常数、磁导率等）和波长相关
表4-5-2 各种材料在室温对可见光的折射率
在电磁波谱的可见光区：金属和半导体的吸收系数很大； 电介质材料吸收系数小。 在紫外吸收端：禁带宽度大的材料，紫外吸收端的波长较小 在红外区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致
选择吸收 均匀吸收
λ = hc/Eg
2、光的反射 (reflection) 镜反射、漫反射 吸收----发射 折射 (refraction index)
5、金属材料的光学性质 （1）各种入射辐射被吸收
金属导带中已填充的能级上方有许多空的电子能态—— 频率分布范围很宽的各种入射辐射都可以激发电子到能量较 高的未填充态从而被吸收；
（2）金属的反射，是由吸收再反射综合造成的
反射率具有频率依赖性
对于红外辐射则透明
6、无机非金属材料的光学性质
（1）对红外线有一定程度的吸收 （2）吸收可见辐射，且不透明（半导体） （3）绝缘体倾向于对可见辐射透明 Eg大 （4）漫透射——由多次内反射造成 （5）加工过程中留下孔洞而不透明 1% 陶瓷
1、光的吸收( photon absorption) （1）光吸收的一般规律朗伯特定律
I＝I0e－αx
Absorbed intensity
---吸收系数 Absorption coefficient
空气: ≈10-5cm-1
玻璃: ＝10-2cm-1
金属: 则达几万到 几十万
（2）光吸收与光波长radiation absorption and wave length
• Basic principles and concepts relating to interactions of electromagnetic radiation (visible light) with solid materials(atoms). • Refraction, reflection, absorption, and transmission of incident light,and their relationship. • mechanism of absorption and emission of electromagnetic radiation in materials • transparency ,translucency and opacity of materials • index of refraction and its application • luminescence, photoconductivity,and light amplification (lasers)
n21=sini/sinr
W n21 1 m W n21 1
m :反射系数 R:反射率
2
（1-m）：透射系数
FIGURE 19.4
FIGURE 19.5
Figure19.6.
3、光的透射(transmission) I＝I0e－αx 透射率：T＝（1－R）2e－αl 透射率T(transmissivity)、反射率R(reflectivity)、吸 收率A(absorptivity) 三者之和为1
4-5 材料的光学性能(optical properties)
4-5-1 电磁辐射及其与原子的相互作用 Interactions of electromagnetic radiation and atoms 1、光和物质的相互作用——取决于物质电磁性质的 基本参数。电导率、介电常数和磁导率
2、相互作用是由电子跃迁和极化效应实现的
electron transitions and electronic polarization
3、光子能量 energy E of a photon E＝hc／λ＝hν
FIGURE 19.2
4、固体材料的光学性质，取决于电磁辐射与材料表
面、近表面以及材料内部的电子、原子、缺陷之间 的相互作用
4-5-2 吸收ຫໍສະໝຸດ Baidu反射和透射
7、高分子材料的光学性质 聚合物多数无色,包括高透明(transparent)到不透 明。透明度的损失起源于材料内部折射指数 (refraction index)不均匀性产生的光散射 聚合物透明带色，选择性吸收 结晶聚合物通常是半透明(translucent)或不透明 (opaque)的
物质 n（折射率） 物质 n（折射率）
空气 Al2O3 CaF2 Cl2（气体） Cl2（液体） 金刚石 H2O（水） H2O（冰） 聚四氟乙烯 醋酸纤维素 聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯 酚醛树脂 环氧树脂 低密度聚乙烯 聚碳酸酯
1.000277 1.63-1.68 1.43 1.000768 1.385 2.417 1.33 1.30 1.35 1.48-1.50 1.49 1.49 1.50-1.70 1.5-1.6 1.51 1.59
例题 19.21 The transmissivity T of a transparent material 20 mm thick to normally incident light is 0.85. If the index of refraction of this material is 1.6, compute the thickness of material that will yield a transmissivity of 0.75. All reflection losses should be considered. Solution
玻璃（重燧石） 玻璃（锌牌） KCl KF NaCl 石英 熔融石英 SrO 聚丙烯腈 天然橡胶 聚酰胺 高密度聚乙烯 聚氯乙烯 氯丁橡胶 聚苯乙烯
1.65 1.52 1.49 1.36 1.54 1.54 1.47 1.87 1.51 1.52 1.53-1.55 1.54 1.54-1.56 1.55 1.59
R=(n-1)2/(n+1)2
FIGURE 19.8
4、折射指数 Refraction Index 折射来源于光线通过透明材料时，由于介质的电子极化
使得光速降低，光线在界面弯曲的现象。 折射指数的大小与介质的性质（原子或离子的尺寸、介电 常数、磁导率等）和波长相关
表4-5-2 各种材料在室温对可见光的折射率
在电磁波谱的可见光区：金属和半导体的吸收系数很大； 电介质材料吸收系数小。 在紫外吸收端：禁带宽度大的材料，紫外吸收端的波长较小 在红外区：离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致
选择吸收 均匀吸收
λ = hc/Eg
2、光的反射 (reflection) 镜反射、漫反射 吸收----发射 折射 (refraction index)
5、金属材料的光学性质 （1）各种入射辐射被吸收
金属导带中已填充的能级上方有许多空的电子能态—— 频率分布范围很宽的各种入射辐射都可以激发电子到能量较 高的未填充态从而被吸收；
（2）金属的反射，是由吸收再反射综合造成的
反射率具有频率依赖性
对于红外辐射则透明
6、无机非金属材料的光学性质
（1）对红外线有一定程度的吸收 （2）吸收可见辐射，且不透明（半导体） （3）绝缘体倾向于对可见辐射透明 Eg大 （4）漫透射——由多次内反射造成 （5）加工过程中留下孔洞而不透明 1% 陶瓷
1、光的吸收( photon absorption) （1）光吸收的一般规律朗伯特定律
I＝I0e－αx
Absorbed intensity
---吸收系数 Absorption coefficient
空气: ≈10-5cm-1
玻璃: ＝10-2cm-1
金属: 则达几万到 几十万
（2）光吸收与光波长radiation absorption and wave length