3.双折射及非常光折射率
• 自然光进入非均质介质时，分成 振动方向相互垂直，传播速度不 等的两个波，分别形成两条折射 光线，称为双折射。 • 常光折射率no 非常光折射率ne
4. 反射及反射系数
• • • • • W=W'+W'' 反射系数R = W'/W 透射系数1－ R=W''/W W n21 1 2 R （ ) 在垂直入射的条件下， W n21 1 界面反射的多少，取决于相对折射率 n21。 • 应用： 如果连续透过x块玻璃，则透 过部分应为(1-R)2x。
• 直到本世纪初这种具有负折射率的材料才 被制备出来[2]。这种材料由金属线和非闭 合金属环周期排列构成，也被称为 metamaterial。在这种材料中，电场、磁场 和波矢方向遵守“左手”法则，而非常规 材料中的“右手”法则。 • 具有负折射率的材料也被称为左手材料， 光波在其中传播时，能流方向与波矢方向 相反。英国科学家Pendry 提出折射率为-1 的一个平板材料可以作为透镜实现完美成 像[3] 。
3.不透明和半透明性
• 不透明性（乳浊） 在基质玻璃中引入第二相离子，利用光 的散射效果，使光线柔和。 决定乳浊度的主要因素：颗粒尺寸、相对 折射率、第二相颗粒的体积分数。 • 半透明性 入射光中漫透射分数对材料的半透明性起 决定作用
• 负折射 • 负折射现象是俄国科学家Veselago [1] 在 1968 年提出的：当光波从具有正折射率的 材料入射到具有负折射率材料的界面时， 光波的折射与常规折射相反，入射波和折 射波处在于界面法线方向同一侧。 • 负折射现象实验和超透镜提出时引起极大 的争议，因为这些概念违反人们的直觉。 被认为是极其不现实和荒谬的行为。但是 几十年来，特异材料一直是理论家们的梦 想。
E g h

• 7.散射 • 光波遇到不均匀结构产生与主波方向不 一致的次级波，从而引起散射。 • 散射引起光强衰减：I = I0e-Sx • S为散射系数，单位cm-1.
当光的波长约等于散射质点的直径时，出 现散射的峰值。
二.线性光学性能的应用及其影响因素 1.透光性
• 透光性是一个综合指标，即光能通过介质 材料后剩余光能所占的百分比。 • (1) 材料的宏观及显微缺陷 (2) 晶粒排列方向的影响 例如α-Al2O3晶体的n0 = 1.760,ne = 1.768, 假设相邻晶粒的取向彼此垂直，则晶界面 的反射系数
5.全反射
• 光线从光密介质进入光疏介质时， 折射角大于入射角。当入射角为某 临界角时，折射角可达90º ，对更大 的入射角，光线能全部返回光密介 质，即全反射。 • 全反射的临界角：sini临界＝1/n • 玻璃的临界角为42。钻石2.417 • 应用：光纤通讯
6.吸收系数
• 光强度随穿过介质厚度的变化规律： Lambert定律：I = I0e-x。 • 为吸收系数， ＝ 4πK/λ，其单位为cm1。 • 金属与玻璃的透光性。 • 光吸收与光波长的关系： hc 禁带宽度
1.折射率
• sinі/sinr =n2/n1=ν1/ν2=n21 • 介质的折射率永远是大于1的常数 • n= () ½ n=1/2 • 折射率n与介质的极化现象有关 • 当离子半径增大时， ， n • 用大离子得到高n ，小离子得到低n
• 2.色散及色散系数 • 色散＝dn/dλ • 色散系数 γ =(nd-1)/(nf-nc) nd、nf和nc分别为用钠的D谱线、氢 的F谱线和C谱线(5893\4861和 6563Å)测得的折射率。 • 应用：消色差镜头
• 金红石晶体的no = 2.854,ne = 2.567,因而其反射系数 • R =2.8× 10-3。 • 设材料厚度3mm,平均晶粒直径 3μm,则剩余光能只剩下(1-R)1000 =0.06. • 此外，因K较大，S 大，散射损失 大，故金红石不透光，不能制成透 明陶瓷。
• (3) 气孔引起的散射损失 一材料气孔体积分数为0.2%， d=4μm,试验所得散射因子K＝2~4,则 散射系数为 S=3KV/(4r)=3× 2× 0.002/(4× 0.002) =1.5(mm-1) 设计材料厚度3mm, I=I0e-1.5×3=0.011I0, 剩余光能只能为1%左右。
• “负折射率材料的光学性质非常奇特，它 有着很多新奇的应用价值。”特异材料可 以用于光学，改进光学系统的监督和交流 能力。 • 其它的应用方向包括平面无孔成像设备、 无波长分辨率的理想透镜、操作生物细胞 的不破坏光学镊子、新型天线、新的束流 操作设备、传感器保护方案、新型带隙材 料和高密度光学存储器。
气孔的影响程度与气孔的直径有关。 假如是微小气孔，d=0.01μm,气孔 体积分数高达0.63%。 如果材料厚2mm, I=I0e-0.0032× 2 =0.994I0, 散射损失不大，仍是透光材料。
2.界面反射与光泽
• 材料对光的反射效果与反射界面的表面粗 糙度有关： • 镜反射：反射光线具有明确的方向性。 • 漫反射：反射光线分散在各个方向上 • 光泽主要由折射率和表面粗糙度决定。
1.768 1 2 R （ 1.760 ） 5.14106 1.768 1 1.760
光轴
方向 光轴方向
双折射晶体在晶粒界面产生连续的反射和折射
• 设材料厚度2mm,晶粒平均直径 10μm,理论上有200个晶界，除去晶 界反射损失后，剩余光强为 • (1-R)200 = 0.99879。 • 从散射损失来分析，n21≈ 1,所以K≈ 0, S = KV/r ≈ 0,散射损失也很小，这 就是氧化铝陶瓷可能制成透明灯管 的原因。
第七章 材料的结构与光学性能
• 线性光学性能 • 非线性光学性能
第一节 线性光学性能
P=ε0 χE
1.单频率光入射到非吸收透明介质中，频率不发 生变化。 2.不同频率光入射到介质中，不发生耦合，也不 产生新的频率。 3.两束光相遇，相干光干涉，非相干光服从线性 叠加原理。ຫໍສະໝຸດ 一 线性光学性能的基本参量