A15 Materiais para dispositivos ópticos

Transcrição

1 A15 Materiais para dispositivos ópticos reflexão refracção

2 Interacção de materiais e radiação Materiais interactuam com a radiação através da sua reflexão, absorção, transmissão ou refracção O espectro das ondas electromagnéticas (e-m)

3 Interacção de materiais e radiação A intensidade I de uma onda electromagnética é proporcional ao quadrado da sua amplitude, e é uma medida da energia que transporta reflectividade absortividade transmissividade Estas quantidades dependem do comprimento de onda da radiação, da natureza do material, e do estado das suas superfíces Em óptica estamos interessados em comprimentos de onda no espectro visível materiais que reflectem ou absorvem toda a luz visível, e não a trasnmitem, são opacos materiais que transmitem alguma luz difusa são chamados translúcidos materias que transmitem luz suficientemente bem para vermos através deles são chamados transparentes Metais são opacos. Para ser transparente um material tem de ser um dieléctrico

4 Reflexão especular e difusa Reflexão especular Superfícies são planas e microscopicamente lisas Reflexão difusa Superfícies são irregulares. A lei da reflexão é obedecida localmente

5 Absorção e transmissão Se a radiação pode penetrar um material, parte dela é absorvida β é o coeficiente de absorção (m -1 ) e depende do comprimento de onda quanto maior a espessura x atravessada, maior é a absorção Após atravessar um material, o feixe de luz perde intensidade devido à reflexão na superfície de entrada, à reflexão na superfície de saída, e à absorção no material

6 Refracção Índice de refracção, n, é a relação entre a velocidade da luz no material, c, e no vácuo, c 0 (3x10 8 m/s) lei de Snell Refracção e reflexão interna total Reflectividade para incidência perpendicular ângulo limite (θ 2 =90º) Se o feixe incidente fôr no ar

7 Refracção Construção de Fresnel, utilizando o conceito de que a luz avança através duma série fontes pontuais de ondas

8 Mapa do índice de refracção e da constante dieléctrica - a vermelho, dieléctricos não são transparentes no visível, mas transmitem no infravermelho - de notar o intervalo de contrôlo de n dos vidros, determinado pela sua química

9 Mapa da reflectividade em função do índice de refracção n elevado dá origem a reflectividade elevada (e.g., diamante, n=2.42) joalharia de fantasia usa ZrSiO 4 (n=1.98) ou zirconia, ZrO 2 (n=2.17), a joalharia de fantasia em plástico é muito inferior (PS, n=1.58, para caixas de CDs)

10 A radiação electromagnética Energia de um fotão de radiação de frequência ν ou comprimento λ. Radiação a uma dada frequência tem fotões de energia fixa, independentemente da sua intensidade um feixe intenso tem simplesmente mais fotões (dualidade onda partícula)

11 Porque é que não há metais transparentes? Profundidade de penetração da radiação visível num metal <10 nm Reflexão da luz pelos metais é devida aos mesmos electrões de condução que dão origem à condução eléctrica os melhores reflectores metálicos são os metais com condutividades eléctricas mais elevadas

12 Como é que a luz atravessa os dieléctricos?

13 Efeito das imperfeições nem todos os dieléctricos de hiato elevado são transparentes Um vidro puro sem estrutura interna e com hiato óptico elevado é completamente transparente A luz que entra num cerâmico policristalino ou num polímero parcialmente cristalino sofre refracções múltiplas e é também dispersa pela porosidade, tornando- -o translúcido

14 Fluorescência Outros fenómenos: fosforescência, electroluminescência, fotocondutividade

15 Próximas aulas Processamento dos materiais [relação estrutura-propriedadesprocessamento] Processos de fabrico (A17, dia 15 de Maio) Processamento e propriedades (A18, dia 16 de Maio) Próxima aula prática P10 (14 de Maio): - discussão do TPC 10 - estudo de casos: propriedades ópticas e degradação de materiais TPC 10 devido sexta-feira, dia 16 de Maio Miniprojectos datas : quarta-feira, dia 4 de Junho, de manhã, e segunda-feira, dia 9 de Junho, de manhã. A última aula teórica A21 será dia 30 de Maio. As aulas práticas P12 (semana de 26 de Maio) e P13 (semana de 2 de Junho) serão dedicadas a apoio à preparação do miniprojecto.