光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。.ppt

第四章 材料的光学性能 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： 设一块折射率为 的玻璃，光反射损失为 ,透过部分为 。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 这一部分光能穿过厚度为x的材料后，又消耗于吸收损失②和散射损失③。到达材料后表面时，光强度剩下 。 再经过表面，一部分光能反射进材料内部，其数量为 L④= 另一部分传至右侧空间，其光强度为 显然 才是真正的透光率。 影响材料透过率的因素有： 1．吸收系数 对于陶瓷、玻璃等电介质材料，其吸收率或吸收系 数α在可见光范围内是比较低的，见图4.4所示。 2．反射系数 材料对周围环境的相对折射率大，反射损失也大。 3．散射系数 这一因素最影响陶瓷材料的透光率。 ① 材料宏观及显微缺陷 ② 晶粒排列方向 ③ 气孔引起的散射损失 四、提高材料透光性的措施 1．提高原材料纯度 2．掺加外加剂 目的是降低材料的气孔率，气孔由于相对折射率的 关系，其影响程度远大于杂质等其它结构因素。 3．工艺措施 采取热压法比普通烧结法更便于排除气孔，因而是获得透明陶瓷较为有效的工艺，热等静压法效果更好。 * * 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 ? 第一节 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i1，折射角i2与两种材料的折射率n1和n2有下述关系： 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 。 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， ，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。 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4.1列出了部分玻璃和晶体的折射率。 表4.1 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=