Propiedades opticas de los materiales

TEMA 6.2: Propiedades Ópticas de
los materiales.

Kudama A. Habib
Universitat Jaume I
Curso 2012-2013

Propiedades Ópticas
Reflexión
Refracción
Transmisión
Emisión

¿Que es la luz?

Espectro electromagnético

Introducción
La última etapa del siglo XX puede ser designada como la Edad de los
Materiales Ópticos: Láser, Fibras, Células solares
Recubrimientos ópticos),aplicaciones a microscopía, etc.
Materiales ópticamente activos y pasivos
• Activos: muestran propiedades ópticas especiales en respuesta a
estímulos eléctricos, mecánicos, magnéticos, ópticos: Láser, Diodos
emisores, fotodiodos, materiales luminiscentes, visores de cristal líquido, etc.
• Pasivos: todo lo demás incluyendo aplicaciones inactivas de materiales
activos.
Metales, Cerámicos, PolímerosInteracción de la luz con los sólidos
• Estas propiedades dependen de la interacción
electromagnética con los electrones del material.

de

la

radiación

• Por lo tanto las propiedades ópticas son interpretables en términos de la
estructura electrónica, y como esta es influenciada por los enlaces y la
estructura atómica.
• Las longitudes de onda y la energía de los fotones estádada por:

ΔE = h . v = h c/λ
h es la constante de Blanck (6,62 x 10-34 J.s) ; c es la velocidad de la luz (3 x
108 m/s) y ʋ es frecuencia.
Cuando las energías del fotón y del electrón son razonablemente similares,
hablamos de resonancia, y esperamos absorción.

Refracción de la luz
• Luz incidente de intensidad Io en su trayecto a través de un sólido es
atenuada por absorción de modoque a una distancia x la intensidad será:

I = Io . e-αx

α: coeficiente de absorción

α = 4π K /λ

k: índice de absorción

• En sólidos transparentes parte de la luz será transmitida, lo cual es
descrito por el índice de refracción nr, y la ley de snell:

nr (1) senφ1 v1
=
=
nr (2 ) senφ2 v2

y

nr= c/v

c (velocidad de la luz en el vacío )
Indice de refracción n =
ϑ(velocidad de la luz en un medio )

Refracción de la luz
Índice de refracción

Vacío
n=1
Vidrio
n`=1,51

La luz refractada: pierde energía, reduce la velocidad y cambia de
dirección
Los índices medios de refracción para algunos vidrios y sólidos
cristalinos varían desde 1,4 a 2,6

Absorción, Transmisión y Reflexión de la luz
Cada material absorbe luz en algún grado debido a lainteracción de los
fotones de la luz con la estructura electrónica de los átomos, iones o
moléculas que constituyen el material.
Para una determinada longitud de onda, la suma de las refracciones de la
luz incidente que es reflejada, absorbida y transmitida = 1
(Fracción reflejada)λ + (fracción absorbida)λ + (fracción transmitida)λ = 1

Problema 1
Cúal es el ángulo crítico Фc para el que la luz seencuentra totalmente
reflejada cuando deja una lámina de vidrio (n=1,51) y entra en el aire (n=1)

nr (1) senφ1 v1
=
=
nr (2) senφ2 v2
1,15/1 = sen 90º/ sen Фc
sen Фc = 1/1,15 sen 90º = 0,665
sen Фc = 41,5º

Absorción, Transmisión y Reflexión de la luz
Metales
Excepto para secciones muy finas, los metales reflejan y/o absorben
fuertemente la radiación incidente para longitudes deonda largas (ondas de
radio) hasta la mitad del rango de ultravioleta.
En los metales la banda de conducción se superpone a la banda de
valencia, la radiación incidente eleva fácilmente los electrones hasta
niveles de energía superiores.
La cantidad de energía absorbida por los metales depende de la estructura
electrónica de cada metal.
El Cu y Au (pulidos) reflejan longitudes de ondaamarillas naranjas y rojas.
La Ag y el Al (pulidos) reflejan todas las λ del espectro visible y dan color
blanco plateado.

Absorción, Transmisión y Reflexión de la luz
Vidrios de silicato: Reflexión de luz
La proporción de luz incidente o reflejada por una superficie pulida depende
del índice de refracción del vidrio (n) y del ángulo de incidencia de la luz
sobre el vidrio
Para una luz de...