玻璃的光學(xué)性質(zhì)課件

第八章

玻璃的光學(xué)性質(zhì)第八章

玻璃的光學(xué)性質(zhì)1主要內(nèi)容8.1玻璃的折射率8.2玻璃的光學(xué)常數(shù)8.3玻璃的反射、散射、吸收和透過8.4玻璃的紅外和紫外吸收主要內(nèi)容8.1玻璃的折射率28.1玻璃的折射率玻璃折射率可以理解為電磁波在玻璃中傳播速度的降低。n=C/V原因：光通過玻璃引起內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的極化變形，消耗能量，引起光速降低。8.1玻璃的折射率玻璃折射率可以理解為電磁波在玻璃中傳播速38.1.1玻璃折射率與組成的關(guān)系總的來說，玻璃折射率取決于玻璃內(nèi)部離子的極化率和玻璃的密度。離子極化率越大，光波通過后被吸收的能量越大，傳播速度降低越大，折射率越大。玻璃密度越大，光在其中傳播速度越慢，折射率越大。8.1.1玻璃折射率與組成的關(guān)系4SiO2的形式相對密度折射率石英2.651.55方石英2.321.49磷石英2.281.47石英玻璃2.201.46SiO2的形式相對密度折射率石英2.651.55方石英2.35若把玻璃近似看作是各氧化物均勻構(gòu)成的混合物，就每種氧化物其極化率αi、密度di與折射率ni之間有下述關(guān)系：若把玻璃近似看作是各氧化物均勻構(gòu)成的混合物，就每種氧化物其極6用代替，用代替，則得：——氧化物的分子折射度——氧化物的分子體積用代替，用代替7氧化物組分的折射率是由它的分子體積和分子折射度決定的。分子折射度越大，玻璃的折射率越大；分子體積越大，玻璃的折射率越小。氧化物組分的折射率是由它的分子體積和8玻璃的折射率由玻璃的分子體積和玻璃的分子折射度決定。玻璃的分子體積標(biāo)志著結(jié)構(gòu)的緊密程度。取決于網(wǎng)絡(luò)的體積及網(wǎng)絡(luò)外空隙的填充程度，與組成玻璃各種陽離子半徑有關(guān)。對于原子價(jià)相同的氧化物，陽離子半徑越大，玻璃的分子體積越大。玻璃的折射率由玻璃的分子體積和玻璃的分子折射度決定。9玻璃的分子折射度是各組成離子極化程度的總和。陽離子半徑增大不僅自身的極化率增大也提高了氧離子的極化率，因此玻璃的分子折射度增大。綜合兩種效果，玻璃折射率與離子半徑之間不呈直線關(guān)系而呈馬鞍形。玻璃的分子折射度是各組成離子極化程度的總和。陽離子半徑增大不10玻璃的光學(xué)性質(zhì)課件118.1.2玻璃的色散色散：玻璃的折射率隨入射光波長不同而不同的現(xiàn)象。近紫外區(qū)折射率最大，逐步向紅外區(qū)降低。正常色散：折射率隨波長減小而增大，當(dāng)波長變短時(shí)變化更迅速的色散現(xiàn)象。反常色散：當(dāng)光波波長接近于材料的吸收帶時(shí)所發(fā)生的折射率急劇變化，在吸收帶的長波側(cè)折射率高，在吸收帶的短波側(cè)折射率低的現(xiàn)象。8.1.2玻璃的色散128.1.3玻璃折射率與溫度的關(guān)系玻璃折射率是溫度的函數(shù)。當(dāng)溫度上升時(shí)，折射率受到作用相反的兩個(gè)因素的影響：溫度升高，玻璃受熱膨脹密度減小，折射率下降；溫度升高，陽離子對O2-的作用減小，極化率增加，折射率增大；電子振動(dòng)的本征頻率減小，紫外線吸收極限向長波方向移動(dòng)，折射率上升。8.1.3玻璃折射率與溫度的關(guān)系13玻璃折射率的溫度系數(shù)取決于玻璃的分子折射度隨溫度的變化和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化。高溫時(shí)，玻璃熱膨脹系數(shù)變化不大，折射率溫度系數(shù)主要取決于，折射率隨溫度上升而增加。低溫時(shí)，的作用居于次要地位，起主導(dǎo)作用，折射率隨溫度升高而下降。玻璃的光學(xué)性質(zhì)課件148.2玻璃的光學(xué)常數(shù)玻璃的光學(xué)常數(shù)包括玻璃的折射率、平均色散、部分色散和色散系數(shù)。確立標(biāo)準(zhǔn)波長譜線符號(hào)ACDdeFgGh波長/nm768.5656.3589.3587.6546.1435.8435.8434.1404.7光源鉀氫鈉氦汞氫汞氫汞元素符號(hào)KHNaHeHgHHgHHg光譜色紅紅黃黃綠淺藍(lán)淺藍(lán)藍(lán)紫各種光源的譜色8.2玻璃的光學(xué)常數(shù)玻璃的光學(xué)常數(shù)包括玻璃的折射率、平均色15上述波長下測得的玻璃的折射率分別用nA、nc、nD、nd、ne、nF、ng、nG、nh表示。比較不同玻璃的折射率時(shí)，一律以nD為準(zhǔn)。玻璃色散的幾種表示方法：平均色散：△=nF－nc部分色散：nd－nD、nD－nc、ng－nG、nF－nc色散系數(shù)（阿貝數(shù)）：相對部分色散：上述波長下測得的玻璃的折射率分別用nA、nc、nD、168.3玻璃的反射、散射、吸收和透過玻璃對光的反射、吸收和透過可用反射率R、吸收率A和透過率T來衡量。R%+A%+T%=100%8.3玻璃的反射、散射、吸收和透過玻璃對光的反射、吸收和透178.3.1反射反射率：從玻璃表面反射出去的光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比。反射率取決于：入射角的大小。入射角增大，反射率也增大。反射面的光滑程度。反射面愈光滑，被反射的光能愈多。玻璃的折射率。折射率愈高，反射率也愈大。8.3.1反射18當(dāng)入射角為90°時(shí)，反射率R可表示為：為了調(diào)節(jié)玻璃表面的反射系數(shù)，常在表面涂以一定厚度折射率不同的透明玻璃薄膜，使玻璃表面的反射系數(shù)降低或升高。增透膜反光膜當(dāng)入射角為90°時(shí)，反射率R可表示為：198.3.2散射由于玻璃中存在某些折射率的微小偏差而產(chǎn)生光的散射。一般玻璃中的散射特別小，可以不予考慮。光的散射服從瑞利散射定律：8.3.2散射20散射光的強(qiáng)度與波長的4次方成反比，而與微粒體積的平方成正比。若散射顆粒的大小與波長相差不多，則不遵守上述定律。一般玻璃的乳濁性主要取決于微粒的大小、折射率和微粒的體積。影響最大的是微粒與玻璃的折射率之差，差值愈大乳濁性愈大。散射光的強(qiáng)度與波長的4次方成反比，而與微粒體積的平方成正比。218.3.3吸收和透過光線通過玻璃時(shí)，玻璃將吸收一部分光的能量，光強(qiáng)度I隨玻璃厚度l而減弱。令（透過率）（蘭別爾定律）8.3.3吸收和透過令（透過率）（蘭別爾定律）22對于平板玻璃有兩個(gè)表面，此時(shí)總透過率T為：對于平板玻璃有兩個(gè)表面，此時(shí)總透過率T為：23實(shí)際上常用光密度D來表示玻璃的吸收和反射損失。光密度與透過率的對應(yīng)關(guān)系光密度透過透過率%20.01110.10100.50.31631.60.10.79479.4實(shí)際上常用光密度D來表示玻璃的吸收和反射損失。光密度透過透過24如果玻璃對可見光譜內(nèi)各波長的光吸收是相等的，則光線通過玻璃后，光譜組成不發(fā)生變化仍然是白光，只是強(qiáng)度減弱而已。如果對可見光譜內(nèi)各波長的光吸收不相等，而是有選擇的，則光線通過玻璃后必然要改變原來光譜的成分，成了顏色光。如果玻璃對可見光譜內(nèi)各波長的光吸收是相等的，則光線通過玻璃后25著色玻璃中，選擇性吸收由著色劑引起，吸收強(qiáng)度取決于著色劑的種類和濃度，即顏色玻璃透過強(qiáng)度與入射強(qiáng)度的關(guān)系：多種著色劑，則上式為：（顏色玻璃蘭別爾定律）著色玻璃中，選擇性吸收由著色劑引起，吸收強(qiáng)度取決于著色劑的種268.4玻璃的紅外和紫外吸收一般無色透明玻璃，在可見光區(qū)（390~770nm）幾乎沒有吸收。吸收主要發(fā)生在紫外（λ＜0.35μm）及中紅外（λ＞3μm）波段。原因：當(dāng)入射光作用于玻璃時(shí)，玻璃中的偶極子、分子振子及由核及殼層電子組成的原子產(chǎn)生極化并且隨之振動(dòng)。8.4玻璃的紅外和紫外吸收一般無色透明玻璃，在可見光區(qū)（3278.4.1玻璃的紅外吸收一般認(rèn)為在紅外區(qū)的吸收屬于分子光譜。吸收主要是由于紅外光的頻率與玻璃中分子振子（或原子團(tuán)）的本征頻率相近或相同引起共振所致。物質(zhì)振動(dòng)頻率可表示為：8.4.1玻璃的紅外吸收28玻璃形成氧化物M較小，f較大，故ν大；鉛玻璃和一些非氧玻璃相對M較大，f較小，故ν小。鉛玻璃、非氧玻璃紅外吸收極限波長較氧化物玻璃為大。玻璃形成氧化物M較小，f較大，故ν大；鉛玻璃和一些非氧玻璃相298.4.2玻璃的紫外吸收紫外吸收屬于電子光譜范疇，光譜頻率處于紫外區(qū)。吸收極限：無色透明玻璃的紫外吸收的吸收區(qū)與透光區(qū)之間一條很陡的分界線。原因：陰離子（O2-）的價(jià)電子受激發(fā)所致。8.4.2玻璃的紫外吸收30激發(fā)價(jià)電子所需光子能量可表示為：硅酸鹽玻璃陰離子主要是O2-，因次激發(fā)價(jià)電子所需光子能量的大小主要取決于陰陽離子間的庫侖力M。玻璃透過紫外光的性能主要取決于氧與陽離子之間的化學(xué)鍵力的特性，而這種特性又與陽離子的電荷、半徑大小、配位數(shù)等密切相關(guān)。激發(fā)價(jià)電子所需光子能量可表示為：31石英玻璃具有優(yōu)異的透紫外性，僅吸收0.193μm以下的遠(yuǎn)紫外波段。當(dāng)石英玻璃中加入各種金屬氧化物后，都發(fā)生紫外吸收極限向長波移動(dòng)的現(xiàn)象。一般，網(wǎng)絡(luò)外體加入量越多、離子半徑越大、電荷越小，玻璃的紫外吸收極限波長越長。石英玻璃具有優(yōu)異的透紫外性，僅吸收0.193μm以下的遠(yuǎn)紫外32作業(yè)1、玻璃的光學(xué)性質(zhì)包含哪些性質(zhì)？2、影響玻璃折射率的主要因素有哪些？3、玻璃的光學(xué)常數(shù)包括哪些內(nèi)容？4、紅外吸收如何產(chǎn)生？5、何謂吸收極限？作業(yè)1、玻璃的光學(xué)性質(zhì)包含哪些性質(zhì)？33第八章

玻璃的光學(xué)性質(zhì)第八章

玻璃的光學(xué)性質(zhì)34主要內(nèi)容8.1玻璃的折射率8.2玻璃的光學(xué)常數(shù)8.3玻璃的反射、散射、吸收和透過8.4玻璃的紅外和紫外吸收主要內(nèi)容8.1玻璃的折射率358.1玻璃的折射率玻璃折射率可以理解為電磁波在玻璃中傳播速度的降低。n=C/V原因：光通過玻璃引起內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的極化變形，消耗能量，引起光速降低。8.1玻璃的折射率玻璃折射率可以理解為電磁波在玻璃中傳播速368.1.1玻璃折射率與組成的關(guān)系總的來說，玻璃折射率取決于玻璃內(nèi)部離子的極化率和玻璃的密度。離子極化率越大，光波通過后被吸收的能量越大，傳播速度降低越大，折射率越大。玻璃密度越大，光在其中傳播速度越慢，折射率越大。8.1.1玻璃折射率與組成的關(guān)系37SiO2的形式相對密度折射率石英2.651.55方石英2.321.49磷石英2.281.47石英玻璃2.201.46SiO2的形式相對密度折射率石英2.651.55方石英2.338若把玻璃近似看作是各氧化物均勻構(gòu)成的混合物，就每種氧化物其極化率αi、密度di與折射率ni之間有下述關(guān)系：若把玻璃近似看作是各氧化物均勻構(gòu)成的混合物，就每種氧化物其極39用代替，用代替，則得：——氧化物的分子折射度——氧化物的分子體積用代替，用代替40氧化物組分的折射率是由它的分子體積和分子折射度決定的。分子折射度越大，玻璃的折射率越大；分子體積越大，玻璃的折射率越小。氧化物組分的折射率是由它的分子體積和41玻璃的折射率由玻璃的分子體積和玻璃的分子折射度決定。玻璃的分子體積標(biāo)志著結(jié)構(gòu)的緊密程度。取決于網(wǎng)絡(luò)的體積及網(wǎng)絡(luò)外空隙的填充程度，與組成玻璃各種陽離子半徑有關(guān)。對于原子價(jià)相同的氧化物，陽離子半徑越大，玻璃的分子體積越大。玻璃的折射率由玻璃的分子體積和玻璃的分子折射度決定。42玻璃的分子折射度是各組成離子極化程度的總和。陽離子半徑增大不僅自身的極化率增大也提高了氧離子的極化率，因此玻璃的分子折射度增大。綜合兩種效果，玻璃折射率與離子半徑之間不呈直線關(guān)系而呈馬鞍形。玻璃的分子折射度是各組成離子極化程度的總和。陽離子半徑增大不43玻璃的光學(xué)性質(zhì)課件448.1.2玻璃的色散色散：玻璃的折射率隨入射光波長不同而不同的現(xiàn)象。近紫外區(qū)折射率最大，逐步向紅外區(qū)降低。正常色散：折射率隨波長減小而增大，當(dāng)波長變短時(shí)變化更迅速的色散現(xiàn)象。反常色散：當(dāng)光波波長接近于材料的吸收帶時(shí)所發(fā)生的折射率急劇變化，在吸收帶的長波側(cè)折射率高，在吸收帶的短波側(cè)折射率低的現(xiàn)象。8.1.2玻璃的色散458.1.3玻璃折射率與溫度的關(guān)系玻璃折射率是溫度的函數(shù)。當(dāng)溫度上升時(shí)，折射率受到作用相反的兩個(gè)因素的影響：溫度升高，玻璃受熱膨脹密度減小，折射率下降；溫度升高，陽離子對O2-的作用減小，極化率增加，折射率增大；電子振動(dòng)的本征頻率減小，紫外線吸收極限向長波方向移動(dòng)，折射率上升。8.1.3玻璃折射率與溫度的關(guān)系46玻璃折射率的溫度系數(shù)取決于玻璃的分子折射度隨溫度的變化和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化。高溫時(shí)，玻璃熱膨脹系數(shù)變化不大，折射率溫度系數(shù)主要取決于，折射率隨溫度上升而增加。低溫時(shí)，的作用居于次要地位，起主導(dǎo)作用，折射率隨溫度升高而下降。玻璃的光學(xué)性質(zhì)課件478.2玻璃的光學(xué)常數(shù)玻璃的光學(xué)常數(shù)包括玻璃的折射率、平均色散、部分色散和色散系數(shù)。確立標(biāo)準(zhǔn)波長譜線符號(hào)ACDdeFgGh波長/nm768.5656.3589.3587.6546.1435.8435.8434.1404.7光源鉀氫鈉氦汞氫汞氫汞元素符號(hào)KHNaHeHgHHgHHg光譜色紅紅黃黃綠淺藍(lán)淺藍(lán)藍(lán)紫各種光源的譜色8.2玻璃的光學(xué)常數(shù)玻璃的光學(xué)常數(shù)包括玻璃的折射率、平均色48上述波長下測得的玻璃的折射率分別用nA、nc、nD、nd、ne、nF、ng、nG、nh表示。比較不同玻璃的折射率時(shí)，一律以nD為準(zhǔn)。玻璃色散的幾種表示方法：平均色散：△=nF－nc部分色散：nd－nD、nD－nc、ng－nG、nF－nc色散系數(shù)（阿貝數(shù)）：相對部分色散：上述波長下測得的玻璃的折射率分別用nA、nc、nD、498.3玻璃的反射、散射、吸收和透過玻璃對光的反射、吸收和透過可用反射率R、吸收率A和透過率T來衡量。R%+A%+T%=100%8.3玻璃的反射、散射、吸收和透過玻璃對光的反射、吸收和透508.3.1反射反射率：從玻璃表面反射出去的光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比。反射率取決于：入射角的大小。入射角增大，反射率也增大。反射面的光滑程度。反射面愈光滑，被反射的光能愈多。玻璃的折射率。折射率愈高，反射率也愈大。8.3.1反射51當(dāng)入射角為90°時(shí)，反射率R可表示為：為了調(diào)節(jié)玻璃表面的反射系數(shù)，常在表面涂以一定厚度折射率不同的透明玻璃薄膜，使玻璃表面的反射系數(shù)降低或升高。增透膜反光膜當(dāng)入射角為90°時(shí)，反射率R可表示為：528.3.2散射由于玻璃中存在某些折射率的微小偏差而產(chǎn)生光的散射。一般玻璃中的散射特別小，可以不予考慮。光的散射服從瑞利散射定律：8.3.2散射53散射光的強(qiáng)度與波長的4次方成反比，而與微粒體積的平方成正比。若散射顆粒的大小與波長相差不多，則不遵守上述定律。一般玻璃的乳濁性主要取決于微粒的大小、折射率和微粒的體積。影響最大的是微粒與玻璃的折射率之差，差值愈大乳濁性愈大。散射光的強(qiáng)度與波長的4次方成反比，而與微粒體積的平方成正比。548.3.3吸收和透過光線通過玻璃時(shí)，玻璃將吸收一部分光的能量，光強(qiáng)度I隨玻璃厚度l而減弱。令（透過率）（蘭別爾定律）8.3.3吸收和透過令（透過率）（蘭別爾定律）55對于平板玻璃有兩個(gè)表面，此時(shí)總透過率T為：對于平板玻璃有兩個(gè)表面，此時(shí)總透過率T為：56實(shí)際上常用光密度D來表示玻璃的吸收和反射損失。光密度與透過率的對應(yīng)關(guān)系光密度透過透過率%20.01110.10100.50.31631.60.10.79479.4實(shí)際上常用光密度D來表示玻璃的吸收和反射損失。光密度透過透過57如果玻璃對可見光譜內(nèi)各波長的光吸收是相等的，則光線通過玻璃后，光譜組成不發(fā)生變化仍然是白光，只是強(qiáng)度減弱而已。如果對可見光譜內(nèi)各波長的光吸收不相等，而是有選擇的，則光線通過玻璃后必然要改變原來光譜的成分，成了顏色光。如果玻璃對可見光譜內(nèi)各波長的光吸收是相等的，則光線通過玻璃后58著色玻璃中，選擇性吸收由著色劑引起，吸收強(qiáng)度取決于著色劑的種類和濃度，即顏色玻璃透過強(qiáng)度與入射強(qiáng)度的關(guān)系：多種著色劑，則上式為：（顏色玻璃蘭別爾定律）著色玻璃中，選擇性吸收由著色劑引起，吸收強(qiáng)度取決于著色劑的種598.4玻璃的紅外和紫外吸收一般無色透明玻璃，在可見光區(qū)（390~770nm）幾乎沒有吸收。吸收主要發(fā)生在紫外（λ＜0.35μm）