材料的光学性质

总之，光既可以看作光波又可以看作光子流。光子是电 磁场能量和动量量子化的粒子，而电磁波是光子的概率波。 光作为波的属性可以用频率和波长来描述，而作为光子的 属性则可以用能量和动量来表征。
光的反射和折射
1. 反射定律和折射定律 2. 光波入射到两种媒质的分界面以后，如果不考虑吸收、 散射等其他形式的能量损耗，则入射光的能量只在两种介 质的界面上会发生反射和折射，能量重新分配，而总能量 保持不变。
介质的折射率是大于1的正数。
不同组成、不同结构的介质的折射率是不同的。影响n 值的因素有下列四方面： ❖ 构成材料元素的离子半径
❖ 材料的结构、晶型和非晶态
❖ 材料所受的内应力
❖ 同质异构体
构成材料元素的离子半径
介质的折射率随介质的介电常数ε的增大而增大。 ε与 介质的极化现象有关。当光的电磁辐射作用到介质上时， 介质的原子受到外加电场的作用而极化，正电荷沿着电场 方向移动，负电荷沿着反电场方向移动，这样正负电荷的 中心发生相对位移。外电场越强，原子正负电荷中心居里 愈大。由于电磁辐射和原子的电子体系的相互作用，光波 被减速了。
2. 光的电磁性
光是一种电磁波，它是电磁场周期性振动的传播所形成的。在 光波中，电场和磁场总是交织在一起的。变化着的电场周围会感生 出变化的磁场，而变化着的磁场周围又会感生出另一个变化的电场， 如此循环，电磁场就以波的形式朝着各个方向向外扩展。
可见光：人眼能感受到的，其波长大约在390～770nm范围，对 应的频率范围是7.7×1014～4.1×1015Hz。
材料所受的内应力
有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的n大， 平行于受拉主应力方向的n小。
材料的光学性质
概述
材料对可见光的不同吸收和反射性能使世界五光十色。
光学玻璃的应用 光通信纤维玻璃 钕玻璃 光学塑料 微波炉容器 …………
光传播的基本理论
1. 波粒二象性 2. 光子是同时具有微粒和波动两种属性的特殊物质，是光的双 重本性的统一。 3. 在涉及光传播特性的场合，只要电磁波不是十分微弱，经典 的电磁波理论还是完全正确的。当涉及光与物质相互作用并发生能 量、动量交换的问题时，才必须把光当做具有确定能量和动量的粒 子流来看待。（光波和光子)
电磁波在介质中的速度：
v c rr
c 1 00
n rr
n c v
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 光波的传播伴随着光能量的流动。在单位时间里流过垂 直于传播方向的单位截面积的能量称为光波的能流密度。
3. 光的干涉和衍射（波动性）
光的波动性主要表现在它有干涉和衍射及偏振等特性。 所谓双光束干涉就是指两束光相遇以后，在光的叠加区， 光强重新分布，出现明暗相间、稳定的干涉条纹。
sin 1 sin 2
n21
sin 1 sin 2
n2
两种材料的相对折射率与它们的绝对折射率之间的关 系为：
折射定律：
n21=n2/n1
n1sinθ1=n2sinθ2
光路可逆原理： 当光线从第二介质中沿着原来的折射线从相反方向入射
到界面并经过折射后，在第一介质中必定逆着原入射线的 方向射出。同理，根据反射定律，若光线沿反射线从相反 方向入射，经过界面反射后必定逆原入射线的方向射出。
4. 光子的能量和动量 最小的能量单元称为“光子”。
h
光子具有分立的动量，数值为：
ph/
光照射到物体上就相当于一串光子打到物体表面，它 们对物体会产生一定的压力（光压）
光子的能量和动量虽小，却不能再分割。最微弱的光源 至少发射一个光子，要么不发射，不能发射半个光子，即 光子是不可分的。
波动理论认为光强在球面上的均匀分布，在这里只能理 解为球面上各个探测器接收到这个光子的概率相等。只有 等这个光源发射了许多光子之后，球面上每个探测器积累 接收到这个光子数才会相等。
基本规律： （1）光在均匀介质中的直线传播定律； （2）光通过两种介质的分界面时的反射定律和折射定律； （3）光的独立传播定律和光路可逆性原理。
入射角、反射角、折射角含义
反射定律：反射线与入射线位于同一平面（即入射面）内， 并分别处在法线的两侧；反射角等于入射角。
折射定律：折射线位于入射面内，并和入射线分别处在法 线的两侧；对单色光而言，入射角的正弦和折射角的正弦 之比是一个常数。
当介质材料的离子半径增大时，其ε增大，因而n也随之 增大。
材料的结构、晶型和非晶态
折射率除与离子半径有关外，还与离子的排列密切相关。 对于非晶态（无定型体）和立方晶体这些各向同性的材料， 当光通过时，光速不因传播方向改变而变化，材料只有一 个折射率，称之为均质介质。但是除立方晶体以外的其他 晶型，都是非均质介质。光进入非均质介质时，一般都要 分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分 别构成两条折射光线，这个现象称为双折射。
双折射是非均质晶体的特性，这类晶体的所有光学性能 都和双折射有关。
平行于入射面的光线的折射率，称为常光折射率n0。 常光折射率严格服从折射定律。
与之垂直的光线所构成的折射率，则随入射线方向的 改变而变化，称为非常光折射率ne。它不遵守折射定律， 随入射光的方向而变化。
当光沿晶体光轴入射时，只有n0存在；与光轴方向垂 直入射时，ne达最大值，此值视为材料特性。
双光束干涉的条件：两束光的频率相同、振动方向一致 并且有固定的位相关系。（相干光）
光的衍射（绕射）：当光波传播遇到障碍物时，在一定程度上能绕 过障碍物而进入几何阴影区。
只有当光遇到的障碍物或狭缝的尺寸与其波长相比可以相比拟时， 衍射现象才明显地表现出来。日常所见到的一般物体与光的波长相 比都可称是巨大的障碍物，所以光波通常表现直线传播性质。
光波是一种横波。由于人的视觉、植物的光合作用，以及绝大 多数测量光波的仪器对光的反应主要由光波中的电场所引起，磁场 对介质的作用远比电场要弱，而且一旦得到电场强度就可以算出磁 场强度，因此实际讨论中往往只考虑电场的作用，而将磁场忽略。 所以电场强度矢量被直接作为“光矢量”。
基本公式：
v
光波在不同介质中的传播速度不同，而光振动的频率不变，因此 相同频率的光波在不同介质中可有不同的波长。如果不特别说明， 通常使用的是真空中的波长值。