反射率和透射率
第二章：基本概念-黑体辐射定律
13
（3）维恩Wien位移定律
1893年维恩从热力学理论推导出：黑体辐射最 大强度的波长与它的温度成反比。同样将 planck函数对波长微分，可得：
黑体温度越高，max 愈小。即：随着温度的升高，
辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。
14
（4） 基尔霍夫kirchhoff定律
15
FT BT AT
A
（1）普朗克Planck Law (1901)
9
C1 2hc2
C1 5 B (T ) exp C2 T 1
第一辐射常数 ： C 2hc 第二辐射常数 ： C hc k 光速 c = 3.0108 m s-1， 普朗克常数 h = 6.626210-34 J s -1， 波尔兹曼常数 k=1.380610-23 JK-1。 由普朗克定律可以得出各种温度下绝对黑体 的辐射光谱曲线。
3、每一温度下，都有辐射最强 的波长 max，即光谱曲线有一 极大值，而且随温度升高， max变小。
11
620 K
380 K
12
（2）斯蒂芬－玻耳兹曼定律 Stefan-Boltzmann
普朗克定律提出之前，1879年Stefan从实验得出，后 经Boltzmann于1884年从热力学理论上予以证明。即 黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与绝对 温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会 引起辐射通量密度很大的变化。 Stefan-Boltzmann常数
4
黑体
5
黑体和灰体
绝对黑体
对所有波长的辐射吸收率均为1
单色黑体
对某一波长的辐射吸收率为1 注意：黑体与黑色物体是有区别的！ 灰体 吸收率<1的常数，不随波长而变 选择性辐射体：吸收率小于1，且随波长而变化。
dbr反射率透射率matlab
dbr反射率透射率matlab在Matlab中，可以使用以下函数计算不同材料的反射率和透射率：1. 对于光的正入射：matlabfunction [R, T] = fresnel_coefficients(n1, n2, theta_i)n1和n2是入射介质和折射介质的折射率theta_i是入射角（以弧度表示）计算入射角的余弦和正弦cos_theta_i = cos(theta_i);sin_theta_i = sin(theta_i);计算入射角的正弦平方sin2_theta_i = sin_theta_i^2;计算菲涅尔反射系数入射角度的余弦平方cos2_theta_i = cos_theta_i^2;入射介质的折射率平方n1_squared = n1^2;折射介质的折射率平方n2_squared = n2^2;计算反射系数Rs = (n1 * cos_theta_i - n2 * sqrt(1 - n1_squared *sin2_theta_i / n2_squared))^2 / ...(n1 * cos_theta_i + n2 * sqrt(1 - n1_squared *sin2_theta_i / n2_squared))^2;Rp = (n2 * cos_theta_i - n1 * sqrt(1 - n1_squared * sin2_theta_i / n2_squared))^2 / ...(n2 * cos_theta_i + n1 * sqrt(1 - n1_squared * sin2_theta_i / n2_squared))^2;计算反射率R = (Rs + Rp) / 2;计算透射率T = 1 - R;end使用示例：matlabn1 = 1; 入射介质的折射率n2 = 1.5; 折射介质的折射率theta_i = 0.2; 入射角（以弧度表示）[R, T] = fresnel_coefficients(n1, n2, theta_i); disp(['反射率: ', num2str(R)]);disp(['透射率: ', num2str(T)]);2. 对于光的任意入射角，使用以下函数：matlabfunction [R, T] = fresnel_coefficients_arbitrary(n1, n2, theta_i)n1和n2是入射介质和折射介质的折射率theta_i是入射角（以弧度表示）计算入射角的正弦和余弦sin_theta_i = sin(theta_i);cos_theta_i = sqrt(1 - sin_theta_i^2);根据斯涅尔定律计算反射角的正弦和余弦sin_theta_o = n1/n2 * sin_theta_i;cos_theta_o = sqrt(1 - sin_theta_o^2);计算菲涅尔反射系数Rs = (n1*cos_theta_i - n2*cos_theta_o)^2 /(n1*cos_theta_i + n2*cos_theta_o)^2;Rp = (n2*cos_theta_i - n1*cos_theta_o)^2 /(n2*cos_theta_i + n1*cos_theta_o)^2;计算反射率R = (Rs + Rp) / 2;计算透射率T = 1 - R;end使用示例：matlabn1 = 1; 入射介质的折射率n2 = 1.5; 折射介质的折射率theta_i = 0.2; 入射角（以弧度表示）[R, T] = fresnel_coefficients_arbitrary(n1, n2, theta_i); disp(['反射率: ', num2str(R)]);disp(['透射率: ', num2str(T)]);请注意，这些函数计算的是单个入射角度的反射率和透射率。
金属材料的光学性能及其应用分析
金属材料的光学性能及其应用分析金属材料作为一种广泛应用的材料，其具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，但除此之外，其光学性能也是独具特色的.一、金属材料的光学性能1.透射率一般情况下，金属材料的透射率较低，甚至为零，即光线无法通过金属进行透射。
这是由于金属材料的内部结构不同于其他透光材料，其中充满了自由电子，这些电子对光的作用导致光线被吸收或反射，从而无法透射。
2.反射率金属材料的反射率较高。
与透射率不同，金属材料的自由电子能够形成一个强烈的反射界面，从而使反射率自然增加。
这是为什么镜子是由金属制成的原因。
3.折射率正常情况下，金属材料的折射率为实数，即折射光线在进入金属表面时，不会发生任何折射现象，而是反射。
但是，当光线进入金属表面时，光线与自由电子的作用方式会导致金属中传播的电磁波的成分不同于外部媒介，从而形成了超过1的复合折射率。
二、金属材料光学性能的应用1. 黑色金属黑色金属是一种通过烧结或氧化处理后，使得金属表面形成了漆黑的一层氧化膜的金属材料，具有优异的吸收能力。
由于黑色金属吸收光线的能力极强，常用于制备吸收镜、太阳能吸收材料、太阳能电池、黑色涂料等光学元件和材料。
2. 金属膜金属膜是利用金属材料的高反射性能，经过真空沉积等工艺制备而成的，具有较高的反射和透过能力。
金属膜常用于光学涂层、反光镜、光学滤波器等光学元件中。
此外，金属膜还常用于太阳能转换和显示技术领域，如创建有机发光二极管、金属导电层等。
3. 金属纳米结构金属材料的表面形成的纳米结构是具有一定光学性能的，称为表面等离子体共振(SPR)。
在受激发时，这种纳米结构表现出特定的催化、散射、荧光等性质，具有广泛的生物分析、光电子学和传感应用。
例如，金属的SPR结构可用于生物传感器，生物标记和荧光成像等。
4. 微近红外传感近红外传感技术(NIRS)已成为目前世界上医学、食品、环保和塑料等研究领域中的热门技术之一。
其中微近红外(NIR)较短波长的红外辐射，通常指波长范围在780-2500纳米之间的辐射。
辐射换热仿真发射率 反射率 透射率
辐射换热仿真发射率反射率透射率下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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光学薄膜的工作原理及光学性能分析
光学薄膜的工作原理及光学性能分析一、引言光学薄膜是一种非常重要的光学材料，具有广泛的应用领域，如光学器件、光伏电池、激光技术等。
本文将重点介绍光学薄膜的工作原理以及对其光学性能的分析。
二、光学薄膜的工作原理光学薄膜是由一层或多层透明材料组成的膜层结构，在光学上表现出特定的光学性质。
其工作原理主要涉及薄膜的干涉效应和反射、透射等光学过程。
1. 干涉效应光学薄膜的干涉效应是指光波在不同介质之间反射、透射时，发生相位差导致光波叠加出现干涉现象。
光学薄膜利用干涉效应控制特定波长的光的传播，实现光的反射增强或衰减。
2. 反射和透射光学薄膜的反射和透射性能取决于入射光波的波长和薄膜的光学参数。
当入射光波与薄膜的折射率不同，一部分光波将发生反射，其反射强度与入射波和薄膜参数有关。
另一部分光波将透过薄膜，其透射强度也与入射波和薄膜参数有关。
三、光学薄膜的光学性能分析光学薄膜的光学性能分析是指对其反射、透射、吸收等光学特性进行定量研究。
1. 反射率与透射率的测量反射率和透射率是评价光学薄膜性能的重要指标。
可以通过光谱测量，通过测量入射光、反射光和透射光的强度，计算得到反射率和透射率。
2. 全波段光学性能分析除了对特定波长的光学性能分析外，还需要对光学薄膜在全波段范围内的性能进行研究。
这可以通过利用光学薄膜在不同波长下的反射和透射特性，进行光学模拟和仿真计算得到。
3. 色散性能研究光学薄膜的色散性能是指其折射率随波长的变化关系。
色散性能对光学器件的性能和应用有重要影响。
可以通过光谱色散测量系统测量得到光学薄膜的色散曲线。
4. 热稳定性分析光学薄膜在高温环境下的性能稳定性也是重要的考量指标。
可以通过热循环测试和热稳定性测量仪等设备，对光学薄膜的热稳定性进行评估和分析。
四、光学薄膜的应用光学薄膜由于其独特的光学性质和广泛的应用领域，得到了广泛的应用。
1. 光学器件光学薄膜在光学器件中广泛应用，如反射镜、透镜、滤光片等。
2.5 反射率和透射率的偏振特性
①自然光正入射(1= 00)和掠入射界面(1 900)时，
Rs Rp , Ts =Tp
因而
Pr =Pt =0
100%
R
即反射光和折射光 仍为自然光。
50%
Rs
0% 0
B
Rn Rp
90
1
n1< n2
②自然光斜入射界面时，因 Rs 和 Rp、Ts 和 Tp 不相 等，所以反射光和折射光都变成部分偏振光。
(160)
sin(1 2 ) n1 cos 1 n2 cos 2 rs = sin(1 2 ) n1 cos 1 n2 cos 2
没有优势方向
自然光的分解
1. 偏振度
部分偏振光
部分偏振光
垂直板面的光振动较强
部分偏振光的分解
平行板面的光振动较强
完全偏振光
向 传播方
面 振 动
面对光的传播方向看
光振动垂直板面
光振动平行板面
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
IM Im p IM Im (154)
1. 偏振度
IM Im p IM Im (154)
式中，IM 和 Im 分别为两个特殊（正交）方向上所对 应的最大和最小光强。 ①对于完全非偏振光，P = 0； ②对于完全偏振光，P = l； ③一般的 P 值表示部分偏振光，P 值愈接近 l，光的 偏振程度愈高。
①在完全非偏振光中，Ws Wp ； ②在部分偏振光中， Ws Wp ； ③在完全偏振光中，或 Ws 0 或 Wp 0 。
多层膜反射率计算方法研究及精度分析
多层膜反射率计算方法研究及精度分析薄膜技术是近年来非常重要的一项技术，其主要应用于光电子、新材料等领域。
而这其中的基础是多层膜反射率计算方法。
本文将介绍多层膜反射率计算方法的研究及精度分析。
一、多层膜反射率计算方法在多层膜反射率计算中，常用的方法是矩阵法。
其原理是将多层膜看作一系列的反射和折射事件，应用麦克斯韦方程和边界条件来计算不同层次的反射率和透射率。
具体的步骤如下：1、将多层膜分为多个薄层，每个薄层都有自己的光学特性，如折射率、厚度等。
2、根据麦克斯韦方程和边界条件，求解每层的反射率和透射率矩阵。
3、将反射率和透射率矩阵相乘，求得整个多层膜的反射率和透射率。
4、根据反射率和透射率，可以得到吸收率、散射率等其他参数。
5、通过与实验对比，对反射率进行修正，提高计算精度。
二、多层膜反射率计算方法的精度分析相比于实验方法，多层膜反射率计算方法具有操作简便、数据处理方便、能够预测各种光学参数和结构的优势。
但是，其计算精度也受到一些因素的限制。
首先，多层膜结构的复杂性会影响计算结果。
多层膜的结构包含很多的微观细节，例如界面层的存在、薄膜中的缺陷等。
这些微观细节的存在会导致计算结果与实验结果存在误差。
其次，材料光学常数数据的准确性对计算精度也有很大影响。
在实践中，常数数据是针对单晶体或母材的，但在制备多层膜时，常数值会发生变化，这也就在一定程度上降低了计算精度。
此外，多层膜的制备条件和实验条件也对计算精度产生了非常大的影响。
不恰当的制备条件和实验条件会导致多层膜的物理结构发生变化，进而影响计算结果的精度。
总之，多层膜反射率计算方法虽然在技术上具有明显的优势，但其计算精度受到许多因素的限制。
因此，需要采用多种方法和手段，不断提高多层膜反射率计算精度，为薄膜技术的研究和应用提供更好的服务。
光学薄膜透反射率的常用测量方法
空气中某些成分的吸收带影响：二氧化碳吸收，方法是样品室充氮；
.
9
偏振测量
光源
单
色
仪
偏
光
镜
样
品
台
光电探测器
• 原理
任意角入射，形成偏振光测试；
晶体偏光棱镜：产生偏振光；
偏光棱镜＋样品台=入射角可变的多角度透射与反射测试系统；
.
10
光源为部分偏振光时，薄膜偏振特性的测量
测量样品口径的影响：当样品小于光斑尺寸(1cm2)，采用光阑限制；
测试样品的厚度：对于较厚的样品在参考光路中也要放入等厚样品
测试样品楔形角影响：光束尽量准直＋实用大口径的积分球探测；
测试样品后表面：根据空白基板的双面透射率，从样品双面透射率数
值中求出前表面的透射率数值；
光线的偏振效应：样品垂直放置＋偏振测试装置；
需要2次测量，测量速度慢；
对光源的稳定性以及系统的稳定性要求极高；
.
5
双光路测试
单
色
光
样
品
池
参
比
池
探
测
器
• 参考光和主光束：分别被探测器接收；
• 透射率：两信号相除；
• 测试前要进行系统光谱校正；
.
6
.
7
干涉型光谱分析系
统
• 红外：2.5～25um；
• 应用迈克尔逊干涉仪对不同波长的光信号进行频率调制，
• 在反射率测量中，由于反射光路的变换灵敏，对有样品和
无样品时，光斑在光电探测器光敏面上的位置往往变动，
这导致误差明显增加；
• 各种薄膜器件对反射率测量的测量范围和精度多有不同的
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n1
n2
n1>n2
n1>n2：rs>0，rp<0。 反射光的s分量和p分量均 与入射光相同，因此合 成光与入射光矢量同向， 无相位突变。
大角度入射——掠入射的反射特性 ：
若n1 < n2，1 ≈ 90°， |rs| = |rp| , rs < 0 ， rp < 0 。
1.2.3 反射率和透射率
菲涅耳公式给出了入射光、反射光和折射光之间 的场振幅和相位关系。
现在，进一步讨论反映它们之间能量关系的反 射率和透射率。在讨论过程中，不计吸收、散射 等能量损耗。
如图，若有一个平面光波以入射角θ1斜入射介质分界 面，平面光波的强度为Ii，则每秒入射到界面上单位面积的 能量为：
n1
n2
n1
1.0
1>B
0.5
rs
0.0
-0.5
rp
θB C
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1.2.5 反射和折射的偏振特性
1.偏振度
完全非偏振光 ——各个振动方向上的振幅在观察时间 (自然光) 内的平均值相等，初相位完全无关。
部分偏振光 ——各个振动方向上的振动强度不相等。
(a).光由光疏到光密( n1< n2 )
0.5
rp
0.0
-0.5
rs θB
rs
s分量
rp
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
p分量
0
B
/2 1
rs＜0，s分量反相，或 者说存在一个相位突
变，即rs =
0
B
/2 1
1B, rp>0，p分量同相(rp = 0)；
1>B, rp0，p分量有相位突变
Tp
n2 n1
cos2 cos1
tp2
sin
2
sin 21 (1 2 )
sin 22 cos2 (1
2
)
决定光在界面上的反射、透射特性的因素有：
• 入射光偏振态
• 入射角
• 两侧折射率
由反射率公式得到
Rs Ts 1 Rp Tp 1
过程能量守恒
1.0
1.0
n1<n2
n1>n2
0.5
0.5
0.6
n1=1
0.4
R
0.2
0.0
1
2
3
4
5
6
n
讨论2. 布儒斯特定律
当θ1=θB时，Rs和Rp相差最大，且Rp = 0，在反射光中 不存在p分量。
根据菲涅耳公式
θB+θ2= 90
利用折射定律，可得该特定角度满足：
tan B
n2 n1
θB称为布儒斯特(Brewster)角。例如，当光由空气射向玻 璃时，n1=1，n2=1.52，布儒斯特角θB = 5640′
因此，在入射点处，入射光矢量Ei与反射光矢量Er方向近似 相反，即掠入射时的反射光在n1 < n2时，将产生半波损失。
n1
n2
n1<n2
3) 薄膜上下表面的反射
n1 < n2
n1
n2
n1
1.0 0.5 0.0 -0.5
1<B
rp rs
ts tp θB
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
将菲涅耳公式代入，即可得到入射光中 s 分量和 p 分量的反射率表示式分别为：
Rs
rs2
sin sin
2 (1 2 (1
2) 2)
Rp
rp2
tan 2 (1 tan 2 (1
2) 2)
s 分量和 p 分量的透射率表示式分别为：
Ts
n2 n1
cos2 cos1
ts2
sin 21 sin 22 sin 2 (1 2 )
1.2.4 反射和折射的相位特性
1. 折射光与入射光的相位关系 2.反射光与入射光的相位关系
1. 折射光与入射光的相位关系
由图可以看出，在入射角 1.0
从 0 到 90 的 变 化 范 围 内 ， 不
tp
0.5
论光波以什么角度入射至界面，
ts
也不论界面两侧折射率的大小 0.0
θB
如何，s 分量和 p 分量的透射 -0.5
完全偏振光 ——有确定不变或有规则变化的振动方向。 （线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光）
将任意光场矢量看作两正交分量的叠加 如 s 分量和 p 分量
光波能量可表示为： W = Ws + Wp
0.0 0
Rs Rp
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0.0 0
Rs
Rp
10 20 30 40 50 60 70 80 90
1
1
R 随入射角θ1的变化关系
讨论1. 可见：一般 Rs Rp
小角度入射和大角度入射(掠入射)时：Rs Rp
2
正入射(1=0)时：
Rs
Rp
n2 n2
n1 n1
n1
n2
n1
1.0
1>B
0.5
rs
0.0
-0.5
rp
θB C
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
3) 薄膜上下表面的反射
n1 > n2
n1
n2
n1
1<B
1.0
0.5
ts tp
0.0
rp
-0.5
rs θB
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Wi=Ii cos1
cos1
1 1
cos1
n1 n2
cos2
应用光强和振幅之间的关系：
Wi
1 2
1 0
E02i
cos1
同理，反射光和折射光的能量表示为：
Wr
1 2
1 0
E02r
cos1
1 Wt 2
2 0
E02t
cos2
由此得到反射率、 透射率分别为：
R Wr r 2 Wi
T Wt n2 cos2 t 2 Wi n1 cos1
(rs = )
(b).光由光密到光疏(n1 > n2)
1.0
0.5
rs
0.0
-0.5
rp θB
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
01<C，rs0，说明
反射光中的s分量与入
射光中的s分量同相位
1<B，rp<0，p分量有相位 突变(rp = )； B<1<C，rp0，p分量同相
rs
s分量
rp
p分量
0
B C /2 1
0
B C /2 1
2) 反射光和入射光的相位关系
前面讨论了反射光中s、p分量的相位情况。下面确 定在界面入射点处的反射光(合成)场与入射光(合成)场 的相位关系。
仅考虑小角度和大角度入射的反射特性
小角度入射的反射特性
n1
n2
n1<n2
n1<n2： rs<0，rp>0。
系数t总是取正值，因此： 折射光总是与入射光同相位。
-1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
θ1
2. 反射光与入射光的相位关系
1) 反射光和入射光中s、p分量的相位关系 2) 反射光和入射光的相位关系 3) 薄膜上下表面的反射
1) 反射光和入射光中s、p分量的相位关系
1.0