第五章 材料的光学-

第五章材料的光学-第一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五5.1材料的透光性动画第二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五动画第五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五双折射两束折射线中的一束始终遵守折射定律这一束折射光称为寻常光，通常用o表示，简称o光；另一束折射光不遵守普通的折射定律这束光通常称为非常光，用e表示，简称e光。

寻常光折射率no一折射率不随入射方向而改变。

非寻常光折射率ne－折射率随入射方向而改变。晶体光轴：晶体内存在着一个特殊方向，光沿这个方向传播时不产生双折射，即o光和e光重合，在该方向o光和e光的折射率相等，光的传播速度相等。这个特殊的方向称为晶体的光轴。光轴”不是指一条直线，而是强调其“方向”。第八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五光沿晶体光轴入射时，不产生双折射，只有no

，当垂直晶体光轴方向入射时，no最大，表现为材料特性。沿着晶体密堆积程度较大的方向ne较大。材料内应力：垂直于拉应力方向的n最大，平行于拉应力方向的n最小。同质异构体：高温晶型折射率较低；低温晶型折射率较高。第九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五光的吸收：在光通过材料传播时，会引起材料的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一部分变成热能，导致光能的衰减。朗伯特定律第十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五各种材料对光的吸收金属：对光的吸收强烈，可见光区吸收系数大。

原因：在于金属的价电子处于未满带，吸收光子后即呈激发态，不必跃迁到导带就能发生碰撞而发热。绝缘性材料：可见光区吸收系数小。

原因：绝缘性材料的价电子处在价带，光子的能量又不足以使价电子跃迁到导带。第十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五绝缘材料在紫外光区吸收系数急剧增大原因：紫外光的能量达到禁带宽度。

若希望在可见光区的透过范围大，需紫外吸收端的波长要小，要求Eg大。绝缘材料在红外区的吸收：在红外区有一个由于离子弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量的吸收峰，要使吸收峰远离可见光区，需选择较小的材料热振动频率。为了有较宽的可见光透明频率范围，要求的材料的禁带宽度大、原子间结合力小及离子质量大。第十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五动画第二十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第二十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五分子着色剂：

主要起作用的是离子。

着色方式：

1）单个着色离子：

次外层有未成对d电子的过渡元素和第三外层有成对f电子的镧系元素，它们较不稳定，只需较少的能量就可激发而选择性的吸收可见光。

如，Co2+吸收橙、黄和部分绿光而呈现带紫的蓝色；U6+吸收紫、蓝光而显带绿荧光的黄绿色。第二十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五

2）复色离子含有可着色的简单离子：

3）无色离子：相互作用强烈，产生极大的极化，使电子轨道变形而激发并吸收可见光。如，Cr6+、Mn7+、O2-均无色，CrO42-呈黄色、MnO4-呈紫色。第三十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五胶态着色剂：如胶体金（红色）、银（黄色）、铜（红色）及硫硒化镉）等：

1)

金属胶体着色剂的颜色决定于粒子的大小

如胶态金的水溶液，

d=20~50nm强烈红色

d<20nm弱黄色

d=100~150nm透射呈蓝色，反射呈棕色

2)

非金属胶体着色剂

颗粒尺寸对颜色影响很小，如硫硒化镉胶体着色玻璃时，总能得到色调相同、颜色鲜艳的大红玻璃，只有当粒径大于10nm时玻璃才开始失去透明。第三十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五（动画）激光及其材料第三十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第三十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五动画第四十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第四十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第四十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第四十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五光沿x轴方向传播第四十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第四十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五光学纤维材料---光的传输第四十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第四十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五（动画）第四十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五（动画）（动画）第四十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五光纤分类：

按折射率剖面分布和传输方式单模光纤

直径只有几个μm，只传输单模光束阶跃型多模光纤

由低折射率玻璃外层包覆高折射率玻璃芯子渐变型多模光纤

折射率沿光纤径向由中央向四周连续减小图5.10第五十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五一般光纤在传输轴方向的断面中，光波的电场强度分布是周期地重复波峰和波谷，传输模式近似为峰-峰的间隔。光纤内传输模式的总数目其中，

a---芯子半径；λ---光波长；

n1、n2分别为光纤芯子和包层的折射率。第五十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第五十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五线性非线性第六十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第六十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五θθoλ第七十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五动画第七十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五玻璃光纤中光损耗与波长的关系（传输窗口）第七十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五图5.11第七十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第七十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五图5.10（b）△（r/a)a△第七十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五图5.12第七十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第七十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五图5.16图5.17第七十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第七十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五图5.25第八十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第八十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第九十九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五间接复合。第一百零三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零五页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零六页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零七页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零八页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百零九页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十一页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十二页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十三页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十四页，共一百二十四页，编辑于2023年，星期五第一百一十五页，共一百二十四页，编辑