材料的光学性能.pptVIP

由于吸收和散射引起的光剩余强度为： 由于反射、吸收和散射引起的光剩余强度为： I0：光的原始强度； I：透过厚度为x的材料后，由于散射引起的剩余强度。 当前第31页\共有80页\编于星期三\3点 （1）质点大小 d ? ?时， S 最大。 d ?时， d ? ，S ? ; d ?时， d ? ，S ?; 散射质点的体积分数不变： 2. 影响因素 散射系数与散射质点的大小、数量以及其与基体的相对折射率等因素有关。 当光的波长约等于散射质点的直径时，出现散射的峰值。 当前第32页\共有80页\编于星期三\3点 反射、折射引起的总体散射起主导作用。 散射系数正比于散射质点的投影面积。 d ?时， N：单位体积内的散射质点数； R：散射质点的平均半径； K：散射因素，取决于基体与质点的相对折射率； V：散射质点的体积含量。 d ?时，R越小，V越大，S越大。 当前第33页\共有80页\编于星期三\3点 可近似采用瑞利（Rayleigh）散射来处理： 主要为米氏（Mie）散射，散射效果主要与粒子横截面积成比例。 d ?/3时， d=?时， d ?/3时，R越大，V越大，S越大。 （2）散射质点与基体的相对折射率 散射质点与基体的相对折射率越大，散射越严重。 当前第34页\共有80页\编于星期三\3点 §4.2 无机材料的透光性 一、透光率 二、材料透光性的影响因素 三、提高材料透光性的措施 当前第35页\共有80页\编于星期三\3点 一、透光率 透光率是个综合指标，指光通过材料后，剩余光能占入射光能的百分比。 原始光 材料 剩余光 反射 散射 吸收 当前第36页\共有80页\编于星期三\3点 透光率： 反射损失： 吸收和散射损失 当前第37页\共有80页\编于星期三\3点 吸收系数 吸收系数与材料的性质密切相关。 金属材料：吸收系数太大，不透光。 陶瓷、玻璃、高分子介电材料： 在可见光范围内吸收系数较低，在影响透光性的因素中不占主要地位。 反射系数 反射损失与相对折射率有关，也与表面粗糙度有关。 二、材料透光性的影响因素 当前第38页\共有80页\编于星期三\3点 散射系数 （1）材料的宏观及显微缺陷 除纯晶体和玻璃体具有良好的透光性外，多晶多相材料，内含杂质、气孔、晶界、微裂纹等缺陷，看上去是不透明的，主要是由于散射引起的。 散射系数是影响透光性的主要因素。 材料中的缺陷与主晶相不同，于是与主晶相具有相对折射率，此值越大，反射系数越大，散射因子也越大，散射系数变大。 （2）晶粒排列方向的影响 各向异性体，存在双折射。 当前第39页\共有80页\编于星期三\3点 n0与ne相差较小，反射和散射损失较小。 n0与ne相差较大，反射和散射损失较大。 多晶无机材料，相邻晶粒之间的结晶取向不同。这样，由于双折射造成相邻晶粒之间的折射率也不同。 n0 n0、 ne 两个晶粒寻常光的相对折射率相同，即n0/n0=1，无反射损失； 左晶粒的寻常光折射率n0与右晶粒的非寻常光折射率ne不同，形成相对折射率n0/ne?1 ，造成反射系数和散射系数，引起很大的散射损失。 影响多晶无机材料透光率的主要因素就是晶体的双折射率。 当前第40页\共有80页\编于星期三\3点 ?-Al2O3晶体的n0=1.76，ne=1.768，若相邻晶粒的取向互相垂直，晶界面的反射损失为： 材料厚2mm，晶粒平均直径为10?m，理论晶界为200个，由于晶界的反射损失，剩余光强： 透明Al2O3的原理，石英玻璃和微晶玻璃的透光率也很高。 d?时， n21=n0/ne=1.768/1.76?1，K ?0，S ?0， 散射损失也很小。 反射损失很小 应用举例： 当前第41页\共有80页\编于星期三\3点 金红石型TiO2陶瓷n0=2.854，ne=2.567，反射系数为m=2.8?10-3，材料厚3mm，晶粒平均直径为3?m，理论晶界为1000个，由于晶界的反射损失，剩余光强： 反射损失很大 d?时， n21较大，K 较大，S 大， 散射损失也较大 金红石型TiO2陶瓷不透光的原理 各向同性体，立方晶系材料（MgO、Y2O3）没有双折射，本身透明度较高，如果使晶界玻璃相的折射率与主晶相相差不大，有可能得到透明陶瓷材料，实现非常困难。 多晶陶瓷的透光率不如同成分的玻璃（非晶态）大，因为玻璃不存在双折射，也就不存在晶界反射和散射两种损失。 当前第42页\共有80页\编于星期三\3点 （3）气孔引起的散射损失 气孔可看作第二相，其折射率n1可看作1，与基体材料的折射率n2相差很大，相对折射率n21= n2也较大，所以气孔引起的反射、散射损失比杂质、不等向晶粒排列等因素引起的损失大。 （一）材料中气孔的体积分数为0.2%，气孔的