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光在纤维中的反射与折射现象 光与平行界面介质的相互作用: 反射、折射与透射作用在介质中发生多次，强度随作用次数衰减，因介质对光有吸收作用 入射 主反射 次反射 次透射 主透射 介质1 (空气或液体) 介质1 (空气或液体) 介质2 (纤维) ?2 ?2 ?1 ?1 (a) 层状结构 第三十一页，共四十四页，2022年，8月28日 入射 反射1 反射3 折射2 折射1 折射3 反射2 (b)纤维 普通纤维截面形状多为圆形，光在纤维内多次反射、折射和透射 发生全反射的条件：光从光密到光疏介质；入射角大于临界角 第三十二页，共四十四页，2022年，8月28日 第一页，共四十四页，2022年，8月28日 第二页，共四十四页，2022年，8月28日 钻石 第三页，共四十四页，2022年，8月28日 第四页，共四十四页，2022年，8月28日 琥珀 玛瑙 琥珀 第五页，共四十四页，2022年，8月28日 蓝宝石 红宝石 第六页，共四十四页，2022年，8月28日 大多数宝石含有致色元素，常见的致色元素有钛，钒，铬，锰，铁，钴，镍，铜等。 自色：指宝石所含的主要元素所产生的颜色。例如，橄榄石的化学成分是铁镁硅酸盐，它所含的铁元素使橄榄石呈现绿色。 他色：指宝石所含微量杂质元素所产生的颜色。例如，刚玉Al2O3 纯净时为无色；含有微量的铬（ Cr ）元素时呈红色，即红宝石；含有微量的铁（ Fe ）元素和钛（Ti ）元素时呈蓝色，即蓝宝石. 第七页，共四十四页，2022年，8月28日 光的吸收、色散和散射 一束平行光照射材料时，部分光的能量被吸收，其强度将被减弱； 复色光分解为单色光而形成光谱的现象叫做光的色散。介质中光的传播速度比真空中小，且随波长而变化产生色散现象； 光在传播时，遇到结构成分不均匀的微小区域，有一部分能量偏离原来的传播方向而向四面八方弥散开来，即发生散射现象。 第八页，共四十四页，2022年，8月28日 1.光的吸收 光的吸收是指原子在光照的下吸收光子的能量由低能态跃迁到高能态的现象。 比尔定律 　　1852年A.比尔证明，对于气体或溶解于不吸收的溶剂中的物质，光的吸收与（ 吸光物质的浓度）成正比；与（ 液层的厚度 ）成正比。（比尔定律） 。 公式式中x与浓度无关的比例常数。 第九页，共四十四页，2022年，8月28日 2. 色散 在给定入射光波长的情况下，材料的折射率随波长的变化率称为色散率。 最常用的数值是倒数相对色散， 即色散系数 几种材料的色散图 第十页，共四十四页，2022年，8月28日 3.光的散射 在材料中如果有光学性能不均匀的微小结构区域，例如含有小粒子的透明介质、光性能不同的晶界相、气孔或其它夹杂物，都会引起一部分光束被散射，由于散射，光在前进方向上的强度减弱了，对于相分布均匀的材料，其减弱的规律与吸收规律具有相同的形式。 第十一页，共四十四页，2022年，8月28日 4.光的折射 ※折射现象：当光由一种介质进入另一种介质时，由于光在两种介质中的传播速度不同而产生的折射现象。 ※折射率： 第十二页，共四十四页，2022年，8月28日 ※折光指数：通常以各种物质对真空的折射率作为该物质的折射率，即折光指数。聚合物的折光指数一般都在1.5左右。 ※各向同性的材料：无应力的非晶态聚合物，在光学上也是各向同性的，因此只有一个折光指数。 ※结晶和各向异性的材料：折光指数沿不同的主轴方向有不同的数值，该材料被称为双折射的（如非晶态聚合物因分子取向而产生双折射。 第十三页，共四十四页，2022年，8月28日 聚合物的折光指数 聚合物 折光指数 (25?C, l=589.3nm) 聚合物 折光指数 (25?C, l=589.3nm) PTFE 1.3-1.4 PB 1.515 PDMS 1.404 PAN 1.518 PVAc 1.467 Nylon-66 1.53 POM 1.48 PVC 1.544 PMMA 1.488 PC 1.585 PIB 1.509 PS 1.59 PE 1.51-1.54 PET 1.64 PP 1.495-1.510 PVDC 1.63 多数碳链聚合物的折光指数～1.5 碳链上带有较大侧基时，折光指数较大；带有氟、甲基等时，折光指数较小。 第十四页，共四十四页，2022年，8月28日 透明性及光泽 ※大多数高聚物当不含结晶、杂质和疵痕时都是透明的（如PMMA、聚苯乙烯等），对可见光的透过程度达92%以上。 ※透明度损失的原因：光的反射和吸收；材料内部对光的散射；与光所经的路程（物体厚度）有关，厚度↑，透明度↓。 ※散射