《材料物理性能》课程教学资源（PPT课件）第五章 材料的光学性能

第5章材料的光学性能5.1光通过介质的现象5.2材料的透光性5.3界面反射和光泽5.4不透明性（乳浊）和半透明性5.5无机材料的颜色5.6其它光学性能的应用

第5章 材料的光学性能 5.1 光通过介质的现象 5.2 材料的透光性 5.3 界面反射和光泽 5.4 不透明性（乳浊）和半透明性 5.5 无机材料的颜色 5.6 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。Uc真空n =U0材料如果光从材料1，通过界面传入材料2时，与界面法向所形成的入射角i，折射角i与两种材料的折射率n,和n,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：    c n = = 材料 真空

入射波次反射波siniV=n21sinizniU2式中：和，,分别表示光在材料1及2中的传播速度，n2,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   = = n = n n i i 1 2 n =1.0003 n =1.5 ~1.9 n21

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：CU :Veu式中：C一真空中光速，ε一介质介电常数μ一介质导磁率Cn=一Su=U

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   c =    = = c n 

，故n=l/2对于无机材料电介质u=1，ε≠1当离子半径增大时，其增大，因而n也增大。因此，可以用大离子得到高n的材料，npbs=3.912，用小离子得到低n的材料，如 nsicl =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。  =1,  1 1/ 2 n =  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n，不论入射光的入射角如何变化，n.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n。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no存在，与光轴方向垂直入射时，n.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料材平均折射率双折射1.51由正长石（KalSiO）组成的玻璃149由钠长石（NaiSiO）组成的玻璃15由霞石正长岩组成的玻璃氧化硅玻璃1.458147硼硅酸玻璃硫化钾玻璃2.661.412四氯化硅晶体氟化锂晶体1392氟化钠晶体13261.434氟化钙晶体锆英石ZnSiO41950.0551.5250.007正长石KasiOg钠长石NaAISiOg1.5290.00815850.008钙长石CaAlSiOg硅线石A1,0·Si021650.0211.640.010莫来石3A1,02Si0

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dn增加）而减小的性质，称为折射率的色散。色散da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-1V=n -nc式中 np、ne 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。 d dn F C D n n n v − − = 1