《无机材料物理性能》第八章 光学性能（8.4）光的吸收、色散和散射

84的吸收、色散和散射 束平行光照射材料时,一是部分光的能量被 吸收,其强度将被减弱;二是介质中光的传播 速度比真空中小,且随波长而变化产生色散现 象;三是光在传播时,遇到结构成分不均匀的 微小区域,有一部分能量偏离原来的传播方向 而向四面八方弥散开来,即发生散射现象,其 中光的吸收和散射都会导致原来传播方向上的 光强减弱。这些现象与光和物质的相互作用有 更多的联系

8.4光的吸收、色散和散射 一束平行光照射材料时，一是部分光的能量被 吸收，其强度将被减弱；二是介质中光的传播 速度比真空中小，且随波长而变化产生色散现 象；三是光在传播时，遇到结构成分不均匀的 微小区域，有一部分能量偏离原来的传播方向 而向四面八方弥散开来，即发生散射现象，其 中光的吸收和散射都会导致原来传播方向上的 光强减弱。这些现象与光和物质的相互作用有 更多的联系

84.1光的吸收 光的吸收与频率(或波长)的关系 e 2ns= goto Em(0-0)2+g20200 将n和k对o作曲线,得出色散曲线。 由于在共振频率时有一个最大值,因此它是反 映光波通过材料时能量的损失,称为吸收率。 材料的光吸收系数和有如下的关系: asrN 介质的吸收可归并到一个复数折射率的概念中去, 其虚部反映了因介质的吸收而产生的电磁波衰减

8.4.1.光的吸收 一、光的吸收与频率（或波长）的关系 将n和אל对作曲线，得出色散曲线。 由于אל在共振频率时有一个最大值，因此它是反 映光波通过材料时能量的损失，称אל为吸收率。 材料的光吸收系数和אל有如下的关系： 介质的吸收可归并到一个复数折射率的概念中去， 其虚部反映了因介质的吸收而产生的电磁波衰减。 2 0 2 2 2 2 2 0 0 0 2 ( ) 2        g g m Ne n − + =     = 4

对于光学元件(如光窗、棱镜、透镜等)需要的材料能 透过波长范围愈广愈好,最好是能找到透过紫外线、可 见光和红外光的材料,但是这种材料是很难找到,因为 短波侧受材料的禁带宽度Eg限制,其紫外吸收端相应 的波长可根据材料的禁带宽度E求得。 另一端受晶格热振动的限制,它决定最长波长的透过。 因为晶体共振频率为 MM 决定透过的最长波长,原子的质量及键强是十分重要的。 质量愈大,键强愈弱,透过的波长愈长

对于光学元件（如光窗、棱镜、透镜等）需要的材料能 透过波长范围愈广愈好，最好是能找到透过紫外线、可 见光和红外光的材料，但是这种材料是很难找到，因为 短波侧受材料的禁带宽度Eg限制，其紫外吸收端相应 的波长可根据材料的禁带宽度Eg求得。 另一端受晶格热振动的限制，它决定最长波长的透过。 因为晶体共振频率为 决定透过的最长波长，原子的质量及键强是十分重要的。 质量愈大，键强愈弱，透过的波长愈长。 Eg hc  =         = + Mc M a 1 1 2 2 0 

842色散 在给定入射光波长的情况下,材料的 折射率随波长的变化率称为色散率。 最常用的数值是倒数相对色散,即色 散系数 n-1

8.4.2 色散 在给定入射光波长的情况下，材料的 折射率随波长的变化率称为色散率。 最常用的数值是倒数相对色散，即色 散系数 F C D n n n − − = 1 

843光的散射 散射的一般规律 在材料中如果有光学性能不均匀的微小结构区 域,例如含有小粒子的透明介质、光性能不同 的晶界相、气孔或其它夹杂物,都会引起一部 分光束被散射,由于散射,光在前进方向上的 强度减弱了,对于相分布均匀的材料,其减弱 的规律与吸收规律具有相同的形式 散射的物理机制 影响散射系数的因素

8.4.3光的散射 一、散射的一般规律 在材料中如果有光学性能不均匀的微小结构区 域，例如含有小粒子的透明介质、光性能不同 的晶界相、气孔或其它夹杂物，都会引起一部 分光束被散射，由于散射，光在前进方向上的 强度减弱了，对于相分布均匀的材料，其减弱 的规律与吸收规律具有相同的形式 二、散射的物理机制 三、影响散射系数的因素Sx I I e − = 0