材料的光性能ppt課件(已修改)
2025-05-13 00:02 本頁(yè)面
【正文】 第 5章 材料的光學(xué) 光和固體相互作用 概論 光的吸收 光的散射 光的反射和折射 光的透射 材料的發(fā)光 光的傳輸 光纖 ? 反射 /鏡子 ? 反射 散射 /顏色 ? 散射 /天空 ? 繞過 / 隱形衣 ? 全反射 /光纖 ? 發(fā)光 /LED,激光 ? 電光 / LCD ? 紅外線 /夜視儀 LCD= liquidcrystal display LED = Light Emitting Diode 引 言 400 — 760 nm范圍內(nèi)的電磁波可被人眼感受到，該波段內(nèi)電磁波叫 可見光 。在可見光范圍內(nèi)，不同頻率的光波引起人眼不同的顏色感覺．可見光對(duì)應(yīng)的頻率范圍是 ： ? = （ ?） ?1014 HZ ． 760 630 600 570 500 450 430 400(nm) 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 電磁波譜 SRT ???? ?12/Wm透射系數(shù)： 吸收系數(shù)： 反射系數(shù)： 散射系數(shù)： 光和固體的相互作用 概論 1. 宏觀現(xiàn)象 SRAT ????? ????00/??TT ?0/??? A?0/?? RR ?0/??? S?0?R?S?T?A?39。S39。T39。R鏡面反射 慢反射 多重散射 2. 微觀機(jī)制 （ 1）光吸收 +光損耗 電磁波的分量之一是迅速變化的電場(chǎng)分量 E exp(iwt)。 在可見光范圍內(nèi)，電場(chǎng)分量與傳播過程中遇到的每一個(gè)原子都發(fā)生相互作用引起電子極化；引起 局域極化損耗 ， 離域電阻損耗 、 極化滯后損耗 等，造成吸收。 所以，當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)，一部分能量被吸收，同時(shí) 光速減小，后者導(dǎo)致折射。 電磁波的分量之一是迅速變化的磁場(chǎng)分量 H exp(iwt)。 磁性介質(zhì)磁化損耗 。 正是因?yàn)榻橘|(zhì)的極化 “ 拖住 ” 了電磁波的步伐，使其傳播 速度比真空中慢，導(dǎo)致折射產(chǎn)生。 （ 2）光發(fā)射 從量子力學(xué)看， 電磁波的吸收和發(fā)射 包含電子從一種量子能態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種量子能態(tài)的過程； 吸光 ：材料的原子吸收了光子的能量之后可將較低能級(jí)上的電子激發(fā)到較高能級(jí)上去，電子發(fā)生的能級(jí)變化 ?E與電磁波頻率有關(guān)： ?E=hν。 發(fā)光 ：受激電子不可能無限長(zhǎng)時(shí)間保持。在激發(fā)狀態(tài)，經(jīng)過一個(gè)短時(shí)期后，它又會(huì)衰變回基態(tài)，同時(shí)發(fā)射出電磁波。 1）基本假設(shè) 組成介質(zhì)的 原子、分子 內(nèi)的帶點(diǎn)粒子（電子、離子）被準(zhǔn)彈性力保持在平衡位置附近，可比擬為 彈簧振子 ，具有一定的 固有振動(dòng)頻率 ； 在 入射光 輻照下，這些帶點(diǎn)粒子被光波的電場(chǎng)分量極化，從而 發(fā)生受迫振動(dòng) ； 如果， 受迫振動(dòng)的頻率 (光頻 )與 固有頻率 接近 ，發(fā)生光吸收，當(dāng)二者 相等 時(shí)，發(fā)生諧振（最強(qiáng)）吸收。 1. 微觀機(jī)理模型 光的吸收 Lorentz模型 電子極化 離子極化 2）模型建立 原子 /分子 電偶極距： 介質(zhì)平均電偶極距 （極化強(qiáng)度） ： erp ??N erP ?? N 單位體積介質(zhì)的原子數(shù)目 帶電粒子的受迫振動(dòng)方程 dtdrgkreEdtrdm ????22強(qiáng)迫力 回復(fù)力 阻尼 )e x p ()( tizEE ??? ?光場(chǎng)的電場(chǎng)分量 Emerdtdrdt rd ???? 2022??N erP ??mg /??mk /0 ??求解得 ? ? )e x p()(/220 tizEimer ????? ????? ?En e rP e?? 0??? 39。39。39。 ??? ie ??? ? 2222202200239。 ???? ???? ?? ?? mNe? ? 2222200239。39。 ???? ???? ??? mNe電極化率 儲(chǔ)存 損耗 復(fù)折射率 ?inn ???? ? 222220022 ???? ???? ??? mNen? ? 2222202200222 1???????? ??????mNenern ?? ??? 1??)e x p()( 0 znikEzE ?? ? ?inn ???)e x p ().e x p (0 ik n zzkE ???相應(yīng)的光強(qiáng) 光的傳播 )2e x p ()( 02 zkIzEI ???? ? 指數(shù)衰減 n ? ?0???3）結(jié)果討論 現(xiàn)象：光在材料中傳播時(shí)，其強(qiáng)度呈指數(shù)衰減 。 0 xI I e ???空氣的 ，玻璃的 ，而金屬的 = 5110 cm? ??? 2110 cm? ??? ? 4110 cm?數(shù)量級(jí)以上，因此 金屬對(duì)可見光是不透明的 。 2. 宏觀唯象模型 朗伯特
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