4-5-材料的光学性能PPT课件
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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).
.
7
2、光的反射 (reflection) 镜反射、漫反射
吸收----发射 折射 (refraction index)
n21=sini/sinr
W W
n21 n21
112
m
m :反射系数 R:反射率
（1-m）：透射系数
.
8
FIGURE 19.4
.
9
FIGURE 19.5
.
10
Figure19.6.
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
.
14
表4-5-2 各种材料在室温对可见光的折射率
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
.
1.65 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
15
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.
.
6பைடு நூலகம்
（2）光吸收与光波长radiation absorption and wave length
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
.
11
3、光的透射(transmission) 透射率：T＝（1－R）2e－αl
I＝I0e－αx
透射率T(transmissivity)、反射率R(reflectivity)、吸 收率A(absorptivity) 三者之和为1
R=(n-1)2/(n+1)2
.
12
FIGURE 19.8
.
13
4、折射指数 Refraction Index
electron transitions and electronic polarization
3、光子能量 energy E of a photon
E＝hc／λ＝hν
.
2
FIGURE 19.2
.
3
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
• Refraction, reflection, absorption, and transmission of incident light,and their relationship.
• mechanism of absorption and emission of electromagnetic radiation in materials
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
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
.
4
4-5-2 吸收、反射和透射
.
5
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
（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
.
19
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
• transparency ,translucency and opacity of materials • index of refraction and its application • luminescence, photoconductivity,and light
amplification (lasers)
.
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
Solution
.
16
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
.
17
.
18
6、无机非金属材料的光学性质
optical properties of materials
• Basic principles and concepts relating to interactions of electromagnetic radiation (visible light) with solid materials(atoms).
.
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2、光的反射 (reflection) 镜反射、漫反射
吸收----发射 折射 (refraction index)
n21=sini/sinr
W W
n21 n21
112
m
m :反射系数 R:反射率
（1-m）：透射系数
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FIGURE 19.4
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FIGURE 19.5
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Figure19.6.
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
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表4-5-2 各种材料在室温对可见光的折射率
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
.
1.65 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
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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.
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6பைடு நூலகம்
（2）光吸收与光波长radiation absorption and wave length
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
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3、光的透射(transmission) 透射率：T＝（1－R）2e－αl
I＝I0e－αx
透射率T(transmissivity)、反射率R(reflectivity)、吸 收率A(absorptivity) 三者之和为1
R=(n-1)2/(n+1)2
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FIGURE 19.8
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4、折射指数 Refraction Index
electron transitions and electronic polarization
3、光子能量 energy E of a photon
E＝hc／λ＝hν
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FIGURE 19.2
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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
• Refraction, reflection, absorption, and transmission of incident light,and their relationship.
• mechanism of absorption and emission of electromagnetic radiation in materials
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
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
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4-5-2 吸收、反射和透射
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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
（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
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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
• transparency ,translucency and opacity of materials • index of refraction and its application • luminescence, photoconductivity,and light
amplification (lasers)
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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
Solution
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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
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6、无机非金属材料的光学性质