Nauka o materiałach - wyklad 14

Nauka o Materiałach Wykład XIV Właściwości optyczne Jerzy Lis Nauka o Materiałach Treść wykładu: 1. Wiadomości wstępne: a) Załamanie światła b) Absorpcja c) Transmisja 2. Mechanizmy pochłaniania światła w  materiale 3. Mechanizmy powstawania barwy 4. Elementy optoelektroniki Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Wiadomości wstępne Tradycyjnie właściwości optyczne wiążą się z zachowaniem się materiałów  pod wpływek działania fali elektromagnetycznej w zakresie zbliżonym do  światła widzialnego Zakresy długości fal elektromagnetycznych Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Wiadomości wstępne Rozpatrując właściwości optyczne bierzemy pod uwag e korpuskularno- falowy charakter promieniowania elektromagnetycznego Energia fotonu E= h ν  = hc/ λ h – stała Plancka = 6,62 10-32 Js W obszarze właściwości optycznych Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Wiadomości wstępne Zjawiska zachodzące w wyniku oddziaływania fali elektromagnetycznej na materiał: - Odbicie (światła) - Załamanie - Absorpcja  - Transmisja - Barwa odbic ie załamanie absorpcja tran smis ja Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Załamanie światła n= sin α /sin β = v1/v2 =  λ 2 / λ 1 n – współczynnik załamania światła (fali elektr.) Istnieje zależność n=( εµ )1/2 Dla niemagnetyków n=( ε )1/2 Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Załamanie i absorpcja Współczynniki załamania (n)  i absorpcji (a) są związane  w postaci zespolonego  współczynnika załamania: n* = n – i a Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Odbicie i transmisja Odbicie światła: R = [(n – 1)2 + a2]/[(n + 1)2 + a2] Transmisja ( przepuszczalność) Natężenie fali elektromagnetycznej  ( w %) przechodzącej przez materiał wynosi: I = Io + Ia + It gdzie:  I – natężenie fali padającej, o  odbitej, a zaabsorbowanej; t  przechodz ącej. Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Absorpcja Absorpcja fotonów zachodzi przez wzbudzenie (przejście) układów energetycznych w  materiale do wyższych stanów energetycznych (atomów, jonów, elektronów) Wzbudzone elementy mogą powracać do stanów niższych emitując promieniowanie o  odpowiedniej długości Materiał może absorbować jedynie kwanty energii większe od wartości energii przerwy  energetycznej  Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE Mechanizmy absorpcji światła I. METALE Dla metali przy braku przerwy energetycznej możliwe jest  pochłanianie kwantów energii promieniowania praktycznie w całym  zakresie promieniowania widzialnego Metale są więc nieprzeźroczyste dla światła widzialnego Niektóre metale mogą mieć barwę wskutek selektywnego odbicia 

(…)

….
Światłowody zbudowane są to włókna szklane z dwu lub więcej warstw szkła o różnej
gęstości optyczne ( współczynników załamania).
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE
Optoelektronika
Luminescencja- emisja światła po wzbudzeniu czynnikami zewnętrznymi
Schemat mechanizmu luminescencji
Elektroluminescencja - fotodioda
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE
Optoelektronika
W odbiorniku wykorzystujemy…
… barwy białej.
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE
Barwa
Selektywna absorpcja lub odbicie światła powodująca wyeliminowanie częsci
promieniowania prowadzi do odczucia barwy ( oko ludzkie)
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE
Barwa
Mechanizmy powstawania barwy wiążą się z występowaniem w izolatorze centrów
barwnych.
Są to występujące w materiale lokalne dodatkowe poziomy energetyczne…
… mogą absorbować promieniowanie w zakresie widzialnym stając
się podstawowym sposobem barwienia szkła i kryształów.
Długość absorbowanego promieniowania może być modyfikowana w zależności od
otoczenia (koordynacji) w jakiej jony znajdują się w strukturze.
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI OPTYCZNE
Barwa
Ad. II
Defekty punktowe w kombinacji z defektami elektronowymi mogą stanowić
dodatkowe poziomy energetyczne…
... zobacz całą notatkę