线性光学性能
描述普通光学现象的重要公式表现出数学上的线性特 点，即介质的电极化强度P与入射光波的电场E成简 单的线性关系。
P0xE
x为介质的极化率，0位真空介电常数。
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§4.1 光通过介质的现象
一、折射 二、色散 三、反射 四、介质对光的吸收 五、介质对光的散射
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2. 色散系数
实用的测量色散的方法是采用固定波长下的折射率 来测量，描述材料色散的光学参量最常用的数值是
倒数相对色散，即色散系数。
nD 1
nF nC
nD，nF，nC分别为以钠的D谱线、氢的F谱线和C谱线（5893Å， 4861Å， 6563Å）为光源，测得的折射率
描述光学玻璃的色散还用平均色散（nF-nC）
c n
材料
介质的折射率永远为大于1的正数。
空气：n=1.003 固体氧化物： n= 1.3~2.7 硅酸盐玻璃： n= 1.5~1.9
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（2）相对折射率
折射率n2
光从材料1通过界面传入材料2时，与界面
法向所形成的入射角1 、折射角2与两种
材料的折射率n1和n2之间的关系为：
折射定律： n1sin1= n2sin2
……
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光参量
光具有波粒二象性，既有波动性，又有粒子性。
照片底片感光、眼睛的视觉作用等都是由光波电场引起，所以用图形表示 光波时，通常略去磁场不画，只画电场。
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Einsten光电效应方程：
E h h c
频率（）：每秒钟电场完成振动周期的次数（Hz）。 波长（ ）：两相邻波峰或波谷间的距离，亦即在周期性波动的传播方向上具有相同
2
1
折射率n1
材料2相对于材料1的相对折射率为：
n21nn1 2 ssiinn1 2 vv1 2
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分别表示光在材料1和 材料2种的传播速度。
2. 影响因素
（1）构成材料元素的离子半径
根据Maxwell电磁理论，光在介质中的传播速度为：
v c
n
c：真空中的光速； ：介质的介电常数； ：介质的导磁率。
（4）同质异构体
❖ 在同质异构材料中，高温时的晶型折射率较低，低温时存在 的晶型折射率较高；
❖ 相同化学组成的玻璃比晶体的折射率低。
如：室温下， 石英玻璃：n=1.46 石英晶体：n=1.55
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二、色散 1. 概念
材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）
而减小的性质，称为折射率的色散。
第四章 材料的光学性能
※§4.1 光通过介质Hale Waihona Puke 现象 ※§4.2 无机材料的透光性
§4.3 界面反射与光泽 §4.4 不透明性和半透明性 §4.5 其它光学性能的应用
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基础 光 学 性 能 的 应 用
引言 取之不尽的能源 信息载体 生命之源
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光学材料分类
透光材料 光纤材料（导光材料） 发光材料 激光材料 光电材料 光信息材料 非线性光学材料 光调制材料（电光、磁光、声光材料）
一、折射 1. 概念
当光线依次通过不同的介质时，光的行进方向会发生改
变，称为“折射”。
折射现象的实质：介质的密度不同，光通过时，传播速 度也不同。
2. 折射率 介质对光的折射性质用材料的“折射率”n表示。
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（1）绝对折射率
光从真空进入介质材料时，速度降低。光在真空和材料
中的速度之比即为材料的绝对折射率。
变化，始终为一常数，服从折射定律。
✓ 非常光：与寻常光垂直的光线的折射率ne随入射线方向的改变
而变化,不服从折射定律。
非常光(e光) 寻常光(o光)
不发生双折射的特殊方 向称为“光轴”，光沿光轴
方 向 入 射 时 ， 只 有 n0 存
在；与光轴方向垂直入
射时，ne达到最大值。
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（3）材料的内应力 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。对于压应力，具有相反的效果。
光学非均质介质：等轴系晶体外的其它晶体材料 光通过时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不
等的两个波，构成两条折射线，这种现象称为双折射。
是非均质晶体的特性，是材料各向异性的表现。
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双折射：当一束单色自然光在各向异性晶体的界面折射
时，一般产生两束折射光（均为线偏振光）。
✓ 寻常光：平行于入射面的光线的折射率n0不随入射角的变化而
W=W´+ W´´
W ， W´ ， W´´ 分 别 为 单 位 间内通过单位面积的入射 光、反射光和折射光的能 量流。
反射系数m： m W '
W
透射系数1-m：
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W'' 1m1W'
大离子得到高折射率材料：PbS n=3.912 小离子得到低折射率材料： SiCl4 n=1.412
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（2）材料的结构、晶型和非晶态（离子的排列）
晶体中沿密堆积方向上具有最高的折射率。
光学均质介质：非晶态（无定型体）、等轴系晶体（各向同性） 光通过时，光速不会因传播方向的改变而变化，材料只有 一个折射率
相位的两相邻点之间的距离，即波的空间周期。
振幅：光波中振动着的电场的最大值。光强的大小与振幅的平方成正比，因此振幅
的大小决定着光的强弱。
相位：在一个转动周期或一个波长范围内，各点位置的度量，它是综合频率、时间、
波长、距离在内的一个角度量。是描述振动和波动状态的一个综合性波参量。
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对于无机材料： 1,1
n
介质的折射率随其介电常数的增大而增大。
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介电常数
折射率与介质的极化现象有关。
外加电场作用下，介质中的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，这种现象就是介质的极化。外加电场越 强，正负电荷中心的距离越大。
介质的离子半径增大时，其增大，因而n也随之增大。
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3. 讨论
由于光学玻璃一般都或多或少具有色散现象，因而 使用这种材料制成的单片透镜，成像不够清晰，
在自然光的透过下，在像的 周围环绕一圈色带，克服的 办法是用不同牌号的光学玻 璃，分别磨成凸、凹透镜组 成复合镜头，可消除色差， 这种镜头就是消色差镜头。
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三、反射 1. 反射系数