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光的散射与散射质点的关系-广东夏阳精细陶瓷
来源:清华大学谢志鹏教授 | 作者:XYC | 发布时间: 2021-09-18 | 747 次浏览 | 分享到:
材料内部如果有光学性能不均匀的结构,例如光性能不同的晶界相、气孔或其他夹杂物,都会引起部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来,这种现象称为光的散射。散射的原因主要是光波遇到不均匀结构产生的次级波与主波方向不一致,与主波合成出现干涉现象,使光偏离原来的方向,从而引起散射。

材料内部如果有光学性能不均匀的结构,例如光性能不同的晶界相、气孔或其他夹杂物,都会引起部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来,这种现象称为光的散

射。散射的原因主要是光波遇到不均匀结构产生的次级波与主波方向不一致,与主波合成出现干涉现象,使光偏离原来的方向,从而引起散射。

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,遵守指数衰减规律,见公式(1-45),I0为初始光强度,I为散射后的光

强度。由该式可见,当试样厚度x一定时,透射光的强度主要取决于散射系数s。

I=I0e-sx

散射系数的大小与散射质点的尺寸、数量、散射质点及基体的相对折射率等因素有关,这些散射质点包括气孔、晶界相、杂质等。当光的波长约等于散射质点的直径时,

出现散射的峰值,图1-27(关振铎,2002)给出玻璃中所含有1%(vol)的TiO2 散射质点尺寸对NaD谱线(λ=0. 589 μm)产生散射的影响。可见曲线由左右两条不同形状的曲线所组成。

当d<λ时,则随着d的增加,TiO2质点的散射系数也随之增大;当d>λ时,则随着d的增加,s反而减小;当d≈λ时,s达最大值。即当TiO2散射质点直径远小于或远大于谱线波长λ时,

散射系数都会下降。这对于调控陶瓷中晶粒、晶界、气孔等散射质点是非常有指导意义的。例如a-Al2O3陶瓷材料气孔体积分数为0. 2%,d=4 pμm, 因气孔直径大于

可见光波长(1=0.39~0.79 μm) ,若材料试样厚度为3 mm,计算得到剩余光能只有1%左右(刘强,2009),由此可见气孔对透光率影响很大;若气孔是d=0.01μm的微小气孔,

气孔体积含量达0. 63%,经计算得到剩余光强I=0. 994Io,即散射损失不大。可见气孔尺寸对散射影响显著,这就是为什么采用热等静压和真空(或H2)气氛来烧结透明Al2O3陶瓷

目的就是消除较大气孔,减小气孔对光的散射。

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