材料的光学性能-09汇总.
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有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的 n大， 平行于受拉主应力方向的n小。
表 各种玻璃和晶体的折射率
5.3.2 反射和透射
当光线由介质1入射到介质2时，光在介质面上分成了反 射光和折射光，所图所示。 单位能量流： W＝W'＋W“ 反射系数：
W' m [( n 21 - 1)/(n 21 1)] 2 W
寻常光和非常光
对于各向异性晶体，一束 光射入晶体后，可以观察到有 S 两束折射光的现象。
I
R1 R2
源自文库
寻常光线(o光) -----遵守折射定律 非常光线(e光) -----不遵守折射定律
o
e
o光和e光都是线偏振光。
···
e o
e
· · ·
方解石
自然光 n1 n2 (各向异 性媒质)
象。
折射实质——由于介质密度不同， 光通过时，传播速
度不同。
光的折射现象， i入射角，r折射角
5.3.1 折射
绝对折射率n——光从真空进入介质材料时，光在两者中的传播速度之
比为材料的绝对折射率，即
n＝ υ真空/υ材料 ＝ c/υ材料 > 1
相对折射率n21——光从材料1通过界面进入材料2，两种材料的绝对折
思考题： 界面能造成光反射损失，如何减少多层玻璃造成的光 反射损失？
i
i
i>ic
光密介质 光疏介质
i=ic
通信用光纤、光缆
光纤种类与尺寸
多模 单模
纤芯直径 65/50μ m 10μ m 左右 包层直径 125μ m 125μ m
简单说模式就是指电磁场的“波形”
• 显示材料的应用
第五章 材料的光学性能
为什么要研究光学性能？ 新型的功能材料在新的技术中的应用。如激光技术、 光通讯、光机电一体化技术飞速发展，为满足上述技 术的发展，对光学性能提出更高的要求。 光学性能有哪些? 材料光的折射、色散、反射、吸收、散射等线性光学 性能以及非线性光学性能。 本章内容： 光学性能的概念、光学特性、光发射等。 非线性光学性能产生条件、光学测量、光学材料应用
象非晶态和立方晶体这些各向同性材料，当光通
过时，光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折
射率，称为均质介质。但是除立方晶体以外的其他晶型，
都是非均质介质。
5.3.1 双折射
均质－非晶、等轴晶系：介质只有一个折射率
光学材料
非均质－非等轴晶系：具有双折射特性
自然光进入非匀质介质（非等轴晶系晶体）时， 一般要分为振动方向相互垂直传播速率不等的两个 波，分别构成两条折射光线，这种现象称为双折射 （原因：各向异性的表现）。
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
3．同质异构体
在同质异构材料中，高温时的晶型折射率 n 较低，低 温时存在的晶型折射率n较高。
4．外界因素（应力、电场等）
透射系数：
W" 1 m W
m——反射系数， 根据能量守恒定律
（1-m）称为透射系数。由上式可知，在垂直入射的情
况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对
折射率
。
设一块折射率为 为 ,透过部分为
的玻璃，光反射损失 。如果透射光
又从另一界面射入空气，即透过两个界面，此时透
过部分为
如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分为
1．构成材料元素的离子半径和电子结构
麦克斯韦电磁波理论认为光在介质中的传播速度
式中：C—真空中光速，ε —介质介电常数， —介质导磁率
对于无机材料电介质
，故
当离子半径增大时，其ε增大，因而n也增大。因此， 可以用大离子得到高n的材料， 到低n的材料，如 。 ，用小离子得
2．材料的结构、晶型和非晶态
射率之比为“材料2相对材料1的相对折射率。
n21＝ n2/n1 ＝ υ1/υ2 ＝ sin i/sin r
介质的n总是大于1的正数，例如空气 n=1.0003 ，固体氧化 物n=1.3~2.7，硅酸盐玻璃 n=1.5-1.9 。 折射率n与介质的极化现象有关，影响极化率的因素即
影响n。
折射率n是物质重要的特性参数，影响 因素有：
由于陶瓷，玻璃等材料的折射率较空气大，所以
反射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成，则
反射损失更可观，为了减少这种界面损失，常常采用
折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最
外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部
各界面都是和胶的较小的相对折射率，从而大大减少
界面的反射损失。
全反射
sin iC ＝ 1/n1 光纤利用了全反射特性。 光在其中传播无能量损失。
频率（Hz） 102 104 106 108 1010 1012 1014 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
波长
名称
电磁波谱
10mm
长波
中波 短波 超短波 微波 毫米波 红外线 可见光 紫外线 X射线
1mm
100μm 10μm 红外线
光
可见光 紫外线
1μm
100nm 10nm 1nm
1016
1018 1020 1022
10-14
人眼所感受的叫可见光的波长范围： = 400—760 nm 对应的频率范围： = 3.94 7.5 1014 Hz
电磁波谱—波长与 频率的对应关系
可见，肉眼可见的 光频段窄小
v c0 /
c0 真空中光速， c0 = 3.0×108 m/s
光学性能
线性光学性能的物理基础
P 0 E
（P 介质的电极化强度， 介质的极化率，E 入射光 波中的电场） 介质对光的作用与介质本身的电极化特性是有关 的，极化特性决定了其光学性能，光和电是不可分割 的，许多光现象是用电子理论解释的。
1、折射
1、折射与折射率
折 射——光线依次通过两种不 同的介质时，光的行 进方向发生改变的现
o
i re
寻常光和非寻常光 e光 ro o光 n1 sin i n2 sin ro o光 : 遵从折射定律 sin i const e光 : 一般不遵从折射定律
e光折射线也不一定在入射面内。
sin re
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
表 各种玻璃和晶体的折射率
5.3.2 反射和透射
当光线由介质1入射到介质2时，光在介质面上分成了反 射光和折射光，所图所示。 单位能量流： W＝W'＋W“ 反射系数：
W' m [( n 21 - 1)/(n 21 1)] 2 W
寻常光和非常光
对于各向异性晶体，一束 光射入晶体后，可以观察到有 S 两束折射光的现象。
I
R1 R2
源自文库
寻常光线(o光) -----遵守折射定律 非常光线(e光) -----不遵守折射定律
o
e
o光和e光都是线偏振光。
···
e o
e
· · ·
方解石
自然光 n1 n2 (各向异 性媒质)
象。
折射实质——由于介质密度不同， 光通过时，传播速
度不同。
光的折射现象， i入射角，r折射角
5.3.1 折射
绝对折射率n——光从真空进入介质材料时，光在两者中的传播速度之
比为材料的绝对折射率，即
n＝ υ真空/υ材料 ＝ c/υ材料 > 1
相对折射率n21——光从材料1通过界面进入材料2，两种材料的绝对折
思考题： 界面能造成光反射损失，如何减少多层玻璃造成的光 反射损失？
i
i
i>ic
光密介质 光疏介质
i=ic
通信用光纤、光缆
光纤种类与尺寸
多模 单模
纤芯直径 65/50μ m 10μ m 左右 包层直径 125μ m 125μ m
简单说模式就是指电磁场的“波形”
• 显示材料的应用
第五章 材料的光学性能
为什么要研究光学性能？ 新型的功能材料在新的技术中的应用。如激光技术、 光通讯、光机电一体化技术飞速发展，为满足上述技 术的发展，对光学性能提出更高的要求。 光学性能有哪些? 材料光的折射、色散、反射、吸收、散射等线性光学 性能以及非线性光学性能。 本章内容： 光学性能的概念、光学特性、光发射等。 非线性光学性能产生条件、光学测量、光学材料应用
象非晶态和立方晶体这些各向同性材料，当光通
过时，光速不因传播方向改变而变化，材料只有一个折
射率，称为均质介质。但是除立方晶体以外的其他晶型，
都是非均质介质。
5.3.1 双折射
均质－非晶、等轴晶系：介质只有一个折射率
光学材料
非均质－非等轴晶系：具有双折射特性
自然光进入非匀质介质（非等轴晶系晶体）时， 一般要分为振动方向相互垂直传播速率不等的两个 波，分别构成两条折射光线，这种现象称为双折射 （原因：各向异性的表现）。
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
3．同质异构体
在同质异构材料中，高温时的晶型折射率 n 较低，低 温时存在的晶型折射率n较高。
4．外界因素（应力、电场等）
透射系数：
W" 1 m W
m——反射系数， 根据能量守恒定律
（1-m）称为透射系数。由上式可知，在垂直入射的情
况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对
折射率
。
设一块折射率为 为 ,透过部分为
的玻璃，光反射损失 。如果透射光
又从另一界面射入空气，即透过两个界面，此时透
过部分为
如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分为
1．构成材料元素的离子半径和电子结构
麦克斯韦电磁波理论认为光在介质中的传播速度
式中：C—真空中光速，ε —介质介电常数， —介质导磁率
对于无机材料电介质
，故
当离子半径增大时，其ε增大，因而n也增大。因此， 可以用大离子得到高n的材料， 到低n的材料，如 。 ，用小离子得
2．材料的结构、晶型和非晶态
射率之比为“材料2相对材料1的相对折射率。
n21＝ n2/n1 ＝ υ1/υ2 ＝ sin i/sin r
介质的n总是大于1的正数，例如空气 n=1.0003 ，固体氧化 物n=1.3~2.7，硅酸盐玻璃 n=1.5-1.9 。 折射率n与介质的极化现象有关，影响极化率的因素即
影响n。
折射率n是物质重要的特性参数，影响 因素有：
由于陶瓷，玻璃等材料的折射率较空气大，所以
反射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成，则
反射损失更可观，为了减少这种界面损失，常常采用
折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最
外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部
各界面都是和胶的较小的相对折射率，从而大大减少
界面的反射损失。
全反射
sin iC ＝ 1/n1 光纤利用了全反射特性。 光在其中传播无能量损失。
频率（Hz） 102 104 106 108 1010 1012 1014 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
波长
名称
电磁波谱
10mm
长波
中波 短波 超短波 微波 毫米波 红外线 可见光 紫外线 X射线
1mm
100μm 10μm 红外线
光
可见光 紫外线
1μm
100nm 10nm 1nm
1016
1018 1020 1022
10-14
人眼所感受的叫可见光的波长范围： = 400—760 nm 对应的频率范围： = 3.94 7.5 1014 Hz
电磁波谱—波长与 频率的对应关系
可见，肉眼可见的 光频段窄小
v c0 /
c0 真空中光速， c0 = 3.0×108 m/s
光学性能
线性光学性能的物理基础
P 0 E
（P 介质的电极化强度， 介质的极化率，E 入射光 波中的电场） 介质对光的作用与介质本身的电极化特性是有关 的，极化特性决定了其光学性能，光和电是不可分割 的，许多光现象是用电子理论解释的。
1、折射
1、折射与折射率
折 射——光线依次通过两种不 同的介质时，光的行 进方向发生改变的现
o
i re
寻常光和非寻常光 e光 ro o光 n1 sin i n2 sin ro o光 : 遵从折射定律 sin i const e光 : 一般不遵从折射定律
e光折射线也不一定在入射面内。
sin re
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转