4.8110 4 ~5.0110 4 610
5.0110 4 ~5.4110 4 570
5.41104 ~6.11104 540
6.11104 ~6.41104 480
6.4110 4 ~6.6110 4 460
6.6110 4 ~7.5110 4 430
人眼最为敏感的光是黄绿光，即 555 nm 附近。
4．同质异构体
在同质异构材料中，高温时的晶型折射率n较低，低 温时存在的晶型折射率n较高。
光的色散
6-5
材料的折射率随入射光的频率的减小(或波长的增加)而减 小的性质，称为光的色散(dispersion)。
凡在可见光范围内无色透明的物质，它们的色散曲线在形 式上很相似，这些曲线的共同特点是，折射率n以及色散率 dn/dλ的数值都随着波长的增加而单调下降，在波长很长时折 射率趋于定值，这种色散称为正常色散（normal dispersion）。
介质的n总是大于1的正数，例如空
气
，固体氧化物n=1.3~2.7，硅酸
盐玻璃
。
折射率与两种介质的性质和入射光的波长
有关。波长越长，折射率越小。
3.2.2 折射率的影响 因素
1．构成材料元素的离子半径
麦克斯韦电磁波理论认为光在介质中的传播速度 为：
式中：C—真空中光速，ε —介质介电常数， —介质导磁率
3.2 光的反射和折射 一、折射
当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。 光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。
如果光从材料1，通过界面传入材 料2时，与界面法向所形成的入射 角i，折射角r与两种材料的折射 率n1和n2有下述关系：
式中： 和 分别表示光在材料1及2中的传播速度， 为材料2相对于材料1的相对折射率。
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。
上述两条折射光线，平行于入射面的光线的折射率， 称为常光折射率n0，不论入射光的入射角如何变化，n0 始终为一常数，因而常光折射率严格服从折射定律。另
图3-2 激光狭缝衍射实验
3.1.３ 光通过固体的现象（思考）
反射（能量的变化） 折射（光速的变化） 吸收（能量的变化） 散射（能量的变化） 透过（能量）
界
界
面
面
１
２
②③
①
④
I0
Ｉ
I1
I２
① 界面１反射 ② 吸收 ③ 散射 ④ 界面２反射
x
3.1.3 光通过固体现象
0AR
T R 1
电子极化
一条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。当光沿晶体光轴方向入
射时，只有n0存在，与光轴方向垂直入射时，ne达最大
值，此值是材料的特性。
3．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。
材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子 激发到较高能级上去，电子发生的能级变化∆E与电磁波频 率有关： ∆E=hν
受激电子不可能无限长时间地保持.在激发状态，经过一个 短时期后，它又会衰变回基态，同时发射出电磁波，即自 发辐射。
原子的能级和晶体的能带
图3-4孤立原子吸收光子后电子态转变示意图
和C谱线(589.3nm，486.1nm和656.3nm)为光 源，测得的折射率。
3.2 光的反射和折射 二、光的反射
电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量；
在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每 一个原子都发生相互作用引起电子极化，即造成电 子云与原子核的电荷中心发生相对位移；
所以，当光通过介质时，一部分能量被吸收，同时 光速减小，后者导致折射。
电子能态转变
电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能 态的过程；
折射定律
三线共面；
sin1 n2 sin2 n1
Hale Waihona Puke v1 v2n21材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的 快慢。
光密介质：在折射率大的介质中，光的传播 速度慢；
光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播 速度快。
材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电 磁结构（对非铁磁介质主要是电结构）在光 波作用下的极化性质或介电特性。
3.1.2 光的干涉和衍射
光的波动性主要表现在它有干涉、衍射及偏振 等特性。
双光束干涉(interference):指两束光相遇以后， 在光的叠加区，光强重新分布，出现明暗相问、 稳定的干涉条纹。
衍射(diffraction)(绕射):当光波传播遇到障碍物 时，在—定程度上能绕过障碍物而进入几何阴 影区，这种现象称为衍射。
对于无机材料电介质
，故
当离子半径增大时，其ε增大，因而n也增大。因此，可
以用大离子得到高n的材料，
，用小离子得到
低n的材料，如
。
2．材料的结构、晶型和非晶态
象非晶态和立方晶体这些各向同性材料，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。
测量不同波长光线通过棱镜的最小偏向角，就可以算出棱 镜材料的折射率n与波长λ之间的关系曲线，即色散曲线。
6-6
实验表明，在发生强烈吸收的波段，色散曲 线发生明显的不连续，折射率n随着波长的增 加而增大，即dn/dλ> 0，这种在吸收带附近 与正常色散曲线大不相同的特征称之为反常色 散（anomalous dispersion）
尽管通常把这种色散称为反常色散，但实际 上它反映了物质在吸收区域内所普遍遵从的色 散规律。
图3-11 几种材料的色散
色散 dn
d
通常采用固定波长下的折射率来表达，色散系 数(abbe number)常用倒数相对色散，即
nD 1
nF nC 式中nD,nF和nC分别为以钠的谱线、氢的F谱线
3.1 光传播的基本性质
光的波粒二象性
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 红 橙 黄 绿 青 兰 紫
波长(nm) 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 470~455 455~400
频率(Hz)
中心波长 (nm)
3.9110 4 ~4.8110 4 660