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照明技术 第三节材料的光学性质 一、反射、透射和吸收比 光线如果不遇到物体时，总是按直线方向行进，当遇到某种物体时，光线或被反射、或被透射、或被吸收。 当光投射到不透明的物体时，光能量的一部分被吸收，另一部分则被反射， 光投射到透明物体时，光通量除被反射与吸收一部分外，其余部分则被透射。 在入射辐射的光谱组成、偏振状态和几何分布给定的条件下，漫射材料对光的反射、透射和吸收性质在数值上可用相应的系数表示： 二、光的反射 当光线遇到非透明物体表面时，大部分光被反射，小部分光被吸收。光线在镜面和扩散面上的反射状态有以下几种： 1．规则反射 在研磨很光的镜面上，光的入射角等于反射角，反射光线总是在入射光线和法线所决定的平面内，并与入射光分处在法线两侧，称为反射定律，如图所示。 在反射角以外，人眼是看不到反射光的，这种反射称为规则反射(regular reflection)，亦称镜面反射(specular reflection)。它常用来控制光束的方向，灯具的反射罩就是利用这一原理制作的，但一般由比较复杂的曲面构成。 2．散反射 当光线从某方向入射到经散射处理的铝板、经涂刷处理的金属板或毛面白漆涂层时，反 射光向各个不同方向散开，但其总的方向是一致的(图1一11)，其光束的轴线方向仍遵守反 射定律。这种光的反射称为散反射(spread reflection)。 3．漫反射 光线从某方向入射到粗糙表面或涂有无光泽镀层的表层时，光线被分散在许多方向，在宏观上不存在规则反射，这种光的反射称为漫反射(diffuse reflection)。 当反射遵守朗伯余弦定律，即向任意方向的光强Iθ与该反射面的法线方向的光强Io所成的角度θ的余弦成比例：Iθ=Iocosθ，而与光的入射方向无关，从反射面的各个方向看去，其亮度均相同，这种光的反射称为各向同性漫反射，如图1－12所示。 4．混合反射(mixed reflection) 光线从某方向入射到瓷釉或带高度光泽的漆层上时，规则反射和漫反射兼有，如图1—13所示， 图(a)为漫反射与镜面反射的混合； 图(b)为漫反射与散反射的混合； 图(c)为镜面反射与散反射的混合。在定向反射方向上的发光强度比其他方向要大得多，且有最大亮度，在其他方向上也有一定数量的反射光，而其亮度分布是不均匀的。 三、光的折射与透射 1．折射 光在真空中的传播速度为30万km／s，在空气中约低6～7km／s。在玻璃、水或其他透明物质内传播时，其速度就显著降低了。 使光速减得较小的介质称为光密物质， 光传播速度较大的介质则称为光疏物质。 光从第一种介质进入第二种介质时，若倾斜入射，则在入射面上有反射光，而进入第二 种介质时有折射光，如图l－14所示。在两种介质内，光速不同，入射角i与折射角γ不等， 因而呈现光的折射(refraction)。不论入射角怎样变化，人射角与折射角正弦之比是一个常 数，这个比值称为折射率，即： 质的折射率称为这一介质的折射率。若两种不同介质的折射率分别为n1及n2，光由第一种介质进入第二种介质时，还有下列关系式： 图1－15为光透射和折射的情况，图中θ1为入射角，θ2为折射角。光在平行透射材料内 部折射时，入射光与透射光的方向不变；而在非平行透射材料中折射后，出射方向有所改变。 这种折射原理常用来制造棱镜或透镜。 2．全反射 在光线由光密物质射向光疏物质时，如图l－16所示，n1n2，此时入射角i小于折射角 γ。当入射角未达到90。时，折射角已达到90。，继续增大入射角时，则光线全部回到光密物质内，不再有折射光，这种现象称为全反射(full reflection)。利用它获得不损失光的反射表面。 3．光的透射 光入射到透明或半透明材料表面时，一部分被反射，一部分被吸收，大部分可以透射(transmission)过去。 如光在玻璃表面垂直入射时，入射光在第一面(入射面)反射4％，在第二面(透过面)反射3％～4％，被吸收2％～8％，透射率为80％～90％。由于透射材料的品种不同，透射光在空间分布的状态有以下几种： 1)规则透射 当光线照射到透明材料上时，透射光是按照几何光学的定律进行透射，这就是规则透射(regular transmission)如图l一17所示。其中，图(a)为平行透光材料(图中为平板玻璃)，透射光的方向与原入射光方向相同，但有微小偏移；图(b)为非平行透光材料(图中为三棱镜)，透射光的方向由于光折射而改变了方向。 2)散透射