《材料物理性能》课程教学课件（讲稿）第五章 材料的光学性能

第五章 材料的光学性能 第一节光通过介质的现象 第二节 材料的透光性 第三节界面反射和光泽 第四节 不透明性（乳浊）和半透明性 第五节 无机材料的颜色 第六节其它光学性能的应用

第五章 材料的光学性能 第一节 光通过介质的现象 第二节 材料的透光性 第三节 界面反射和光泽 第四节 不透明性（乳浊）和 半透明性 第五节 无机材料的颜色 第六节 其它光学性能的应用

5.1 光通过介质的现象 一、折射 当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光 在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。 n=空=C 材料 U 如果光从材料1，通过界面传入材料2时，与界面法 向所形成的入射角i1,折射角i,与两种材料的折射率n,和 n2有下述关系：

5.1 光通过介质的现象 一、折射 当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光 在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。 如果光从材料1，通过界面传入材料2时，与界面法 向所形成的入射角i 1，折射角i 2与两种材料的折射率n1和 n2有下述关系： υ υ υ c n = = 材料 真空

入射波 一次反射波 sn-2=n=4 sini,n 2 式中：。，和，分别表示光在材料1及2中的传播速度， n,为材料2相对于材料1的相对折射率。 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°

式中： 和 分别表示光在材料1及2中的传播速度， 为材料2相对于材料1的相对折射率。 介质的n总是大于1的正数，例如空气 ，固 体氧化物n=1.3~2.7，硅酸盐玻璃 。 2 1 21 1 2 2 1 sin sin υ υ = = n = n n i i υ1 υ2 n =1.0003 n =1.5 ~ 1.9 21 n

影响n值的因素有： 1.构成材料元素的离子半径 马克斯威尔电磁波理论认为光在介质中的传播 速度为： U= 式中：C一真空中光速，&一介质介电常数， 4一介质导磁率 n=

影响 n 值的因素有： 1．构成材料元素的离子半径 马克斯威尔电磁波理论认为光在介质中的传播 速度为： 式中：C—真空中光速，ε —介质介电常数， —介质导磁率 εµ υ c = εµ υ = = c n µ

对于无机材料电介质4=1，ε≠1 ,故n=2 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，ns=3.912,用小离子得 到低n的材料，如nc,=1.412 2.材料的结构、晶型和非晶态 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

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， ，用小离子得 到低n的材料，如 。 2．材料的结构、晶型和非晶态 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。 µ =1, ε ≠ 1 1/ 2 n = ε npbS = 3.912 1.412 4 nsicl =

光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相 互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条 折射光线，这个现象称为双折射。双折射是非均质晶 体的特性，这类晶体的所有光学性能都和双折射有关。 上述两条折射光线，平行于入射面的光线的折射 率，称为常光折射率，不论入射光的入射角如何变 化，始终为一常数，因而常光折射率严格服从折射

光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相 互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条 折射光线，这个现象称为双折射。双折射是非均质晶 体的特性，这类晶体的所有光学性能都和双折射有关。 上述两条折射光线，平行于入射面的光线的折射 率，称为常光折射率n0，不论入射光的入射角如何变 化，n0始终为一常数，因而常光折射率严格服从折射

定律。另一条与之垂直的光线所构成的折射率，则 随入射线方向的改变而变化，称为非常光折射率。， 它不遵守折射定律，随入射光的方向而变化。当光 沿晶体光轴方向入射时，只有o存在，与光轴方向 垂直入射时，.达最大值，此值是材料的特性

定律。另 一条与之垂直的光线所构成的折射率，则 随入射线方向的改变而变化，称为非常光折射率ne， 它不遵守折射定律，随入射光的方向而变化。当光 沿晶体光轴方向入射时，只有n0存在，与光轴方向 垂直入射时，ne达最大值，此值是材料的特性

3.材料所受的内应力 有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的大， 平行于受拉主应力方向的n小。 4.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。 表5.1列出了部分玻璃和晶体的折射率

3．材料所受的内应力 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。 4．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。 表5.1列出了部分玻璃和晶体的折射率

表5.1各种玻璃和晶体的折射率 材 料 平均折射率 双折射 由正长石(KS0。)组成的玻璃 151 由钠长石(NSiO)组成的玻璃 1.9 由霞石正长岩组成的玻璃 157 氧化硅玻璃 1458 硼硅酸玻璃 17 硫化钾玻璃 266 四原化硅晶体 1412 氟化锂晶体 1392 氟化钠晶体 1320 氟化钙晶体 1434 错英石ZnSi0, 15 0.055 正长石KS,03 1525 0.007 钠长石NaA1Si,Og 1529 0.008 钙长石C241S03 1585 0.008 硅线石103·S02 1.6 0.021 莫来石3A103·2Si02 164 0.010

表5.1 各种玻璃和晶体的折射率

二、色散 材料的折射率n随入射光的频率的减小（或波长的 增加)而减小的性质，称为折射率的色散。色散=： 几种材料的色散见图5.1。 色散值可以直接由图5.1确定。常用的色散系数为 np-1 V= nE-nc 式中p、p和nc分别为以钠的D谱线，氢的F谱线和C 谱线(5893A、4861A和6563A)为光源，测得的折射率

二、色散 材料的折射率n随入射光的频率的减小（或波长的 增加）而减小的性质，称为折射率的色散。色散= ， 几种材料的色散见图5.1。 色散值可以直接由图5.1确定。常用的色散系数为 式中 nD 、nF 和nC分别为以钠的D谱线，氢的F谱线和C 谱线（5893Å、4861Å和6563Å）为光源，测得的折射率。 dλ dn F C D n n n v − − = 1