材料光学性能

上式表明，当底材的反射率、散射系数、釉层厚度 以及釉层反射率增加时，实际反射率也增加。
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用高的反射率、厚的釉层和高的散射系数, 可得到良好的乳浊效果
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乳白玻璃和半透明瓷器(包括半透明釉)的一个重要光学性质 是半透明性。漫反射和漫透射的分数对于材料的半透明性起着 决定作用。
图1 粗糙度增加的镜反射、漫反射能量图
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光泽度与镜反射和漫反射的相对程度有关
光泽主要由折射率和表面光洁度决定。要获得高的表 面光泽，需提高材料表面的光洁度，形成完整的光滑表面。 要减小光泽度，需增加表面的粗糙度。
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1、材料的乳浊和半透明性
1）要获得高度乳浊和覆盖能力，就 要求光在达到具有不同光学特性 的底层之前被漫反射掉。
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能够在玻璃基体中形成折射率与基体显著不同的小颗粒
常用乳浊剂：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
氟化物
磷灰石
TiO2 Sb2O5 ZnS
SnO2 锆英石（ZrSiO4)
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入射光被反射、吸收和透射所占的分数取决于釉层的厚度、 釉的散射和吸收特性。
m
1
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S
2 2
2
S
1/ 2
1、红宝石激光器
1）激光器基质材料——红宝石 在蓝宝石（Al2O3单晶）中0.05% Cr3+
呈红色；是提供产生激光所需要的电子能态 2）激活能量：氙气闪光（波长560nm） 3）光学谐振腔
使受激辐射在频率、方向和偏振状态集中。
红宝第2石1页激/共光27器页
2、激光器的应 用
（1）气体激光器 特点：单色性好、工作波段覆盖广、易获得、输出功率低 应用：彩色激光电视、大气监测、激光手术、精密测量 。 （2）液体激光器 特点：激光波长谐振范围宽、线宽小（1kHZ连续激光） 应用：高分辨的光谱研究、瞬态变化测量 （3）固体激光器 特点：高能脉冲、超短光脉冲、体积小 应用：发光二极管、医疗手术、工业加工 、光纤通信、 加工打
孔、测距 （4）半导体激光器 特点：可调制、体积小 应用：光纤通信、光盘读写、激光印刷、激光雷达
含有小气孔率的高密度单相陶瓷，半透明度是衡量 残留气孔率的一种敏感的尺度
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图3 含有少量气孔的多晶Al2O3瓷的透射率
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半透明性是一些实用陶瓷的主要的鉴定指标。
一般瓷体由折射率接近1.5的玻璃、莫来石和石英 构成。莫来石在陶瓷体内对于散射和降低半透明性起 着主要的作用。
提高半透明性的主要方法： ①增加玻璃含量，减少莫来石的量。提高长石对粘
土的比例可实现此要求。 ②把制品加热到足够高的温度, 因而致密化过程得
以充分进行，这样可得到半透明瓷。 ③调整各个相的折射率使之有较好的匹配。
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显色的原因是由于着色剂对光的 选择性吸收而引起选择性反射或 选择性透射，从而显现颜色。
从本质上说，某种物质对光的 选择性吸收，是吸收了连续光谱中 特定波长的光量子，以激发吸收物 质本身原子的电子跃迁。
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物质的颜色与光的关系
完全吸收
光谱示意 复合光 表观现象示意
完全透过 吸收黄色光
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1)简单离子着色-选择吸收紫外光-无色 2）过渡金属离子-选择吸收可见光 3）稀土元素（镧系元素）-选择吸收可见光 4）复合离子
2）要获得高的半透明性，光应该被 散射掉。
图2 镜面反射和漫反射 第5页/共27页(a)釉或搪瓷 (b)毛玻璃或瓷体
2、影响材料乳浊的主要因素
颗粒尺寸； 颗粒与机体的相对折射率； 第二相颗粒的体积百分比
3、散射效果
为了得到最大的散射效果： ➢ 颗粒及基体的折射率数值应当有较大的差别； ➢ 颗粒尺寸应当和入射波长相当； ➢ 颗粒的体积分数要高
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电子从激发能级向较低能级的衰变可能伴随有热量向 周围传递，或者产生辐射，在此过程中，光的发射称为荧 光或磷光。
广泛地用在荧光灯、阴极射线管及电视的荧光屏 以及闪烁计数器中。
荧光灯的工作是由于在汞蒸气和情性气体的混合气体中的放电
作用，使得大部分电能转变成汞谱线的单色光的辐射(2537埃)。
界面的反射和光泽 不透明性和半透明性 无机材料的颜色 其他光学性能及应用
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1.镜反射
1）概念
材料表面光洁度非常高的情况下，反射光线具有明 确的方向性，一般称之为镜反射。
2）应用
镜反射在光学材料中得到各种应用，雕花玻璃器皿、 宝石、镜子等。
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2. 漫反射
当光照射到粗糙不平的表面上时，发生的反射为漫反射。
激光（Laser）是受激辐射光放大的简称。 Light Amplified by Stimulated
Emission of Radiation 激光——受激辐射——相干光波。
特点： 1）辐射能量在空间和时间高度集中； 2）发射的光子具有—频率相同、位相相
同、传输方向相同、偏振态相同相干光 波。
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实际釉层的m∞ 下面分两种情况分析：
①釉层与底材之间的反射率m=0,则釉层表面的反射率为m0； ②与反射率为m′的底材相接触的釉层的表面光反射率mR′为：
mR
(1 m )(m m ) m (m 1/ m ) exp[ Sx(1/ m m )] (m m ) (m 1/ m ) exp[ Sx(1/ m m )]
这种辐射激发了涂在放电管壁上的荧光剂，造成在可见光范围的
宽频带发射。
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指电流通过物质时或物质处于强电场下发
光的现象。通过电子在材料内部的多次散射
碰撞，使材料中多种发光中心被激发或电离
而发光的过程。在消费品生产中有时被称为
冷光。
电致发光物料的例子包括掺杂了铜和银的
硫化锌和蓝色钻石.
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对于乳白玻璃来说，达到漫透射的方法是：具有明显的散射 而吸收最小
半透明性几乎只取决于气孔的含量
Al2O3瓷与气相的相对折射率n21≈1.80。气孔的尺寸通常和原 料的原始颗粒尺寸相当，一般是0.5～2.0μm，接近于入射光的波 长，所以散射最大。如图，当气孔率增加到3％左右时，透射率 将降低到0.01％；当气孔率降低到0.3％时，透射率仍然只有完 全致密试件的10％。