ในสาขาทัศนศาสตร์ความโปร่งใส ( หรือเรียกว่าความโปร่งแสงหรือความทึบแสง ) คือคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอมให้แสงผ่านวัสดุได้โดยไม่มีการกระเจิงของแสง อย่างเห็นได้ ชัด ในระดับมหภาค (ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่นของโฟตอน มาก ) อาจกล่าวได้ว่าโฟตอนเป็นไปตามกฎของสเนลล์ความโปร่งแสง (หรือเรียกว่าความโปร่งแสงหรือความโปร่งแสง ) คือคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอมให้แสงผ่านวัสดุได้ (โดยมีการกระเจิงของแสงหรือไม่ก็ได้) มันยอมให้แสงผ่านได้ แต่แสงไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามกฎของสเนลล์ในระดับมหภาค โฟตอนอาจกระเจิงที่รอยต่อทั้งสองด้าน หรือภายในวัสดุเอง ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหกล่าวอีกนัยหนึ่ง วัสดุโปร่งแสงประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีดัชนี หักเหต่างกัน ในขณะที่วัสดุโปร่งใสประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีดัชนีหักเหสม่ำเสมอ^{[ 1 ]}วัสดุโปร่งใสจะดูใส โดยมีลักษณะโดยรวมเป็นสีเดียว หรือการผสมผสานใดๆ ที่นำไปสู่สเปกตรัมสี ที่สดใส ทุกสี คุณสมบัติตรงข้ามกับความโปร่งแสงคือความทึบแสง หมวดหมู่อื่นๆ ของลักษณะทางสายตาที่เกี่ยวข้องกับการรับรู้การสะท้อนและการส่งผ่านแสงแบบปกติหรือแบบกระจาย ได้ถูกจัดระเบียบภายใต้แนวคิดของซีเซียในระบบลำดับที่มีตัวแปรสามตัว รวมถึงความโปร่งใส ความโปร่งแสง และความทึบแสงในบรรดาแง่มุมที่เกี่ยวข้อง

เมื่อแสงตกกระทบกับวัสดุ แสงสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุนั้นได้หลายวิธี ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงและลักษณะของวัสดุ โฟตอนมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุโดยการผสมผสานระหว่างการสะท้อน การดูดซับ และการส่งผ่าน วัสดุบางชนิด เช่นกระจกแผ่นเรียบและน้ำ สะอาด จะส่งผ่านแสงที่ตกกระทบส่วนใหญ่และสะท้อนแสงเพียงเล็กน้อย วัสดุดังกล่าวเรียกว่าวัสดุโปร่งใสทางแสง ของเหลวและสารละลายในน้ำหลายชนิดมีความโปร่งใสสูง การไม่มีข้อบกพร่องทางโครงสร้าง (ช่องว่าง รอยแตก ฯลฯ) และโครงสร้างโมเลกุลของของเหลวส่วนใหญ่เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้มีการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยม

วัสดุที่ไม่ส่งผ่านแสงเรียกว่าทึบแสงสารดังกล่าวหลายชนิดมีองค์ประกอบทางเคมีซึ่งรวมถึงสิ่งที่เรียกว่า ศูนย์ การดูดซับสารหลายชนิดมีความเลือกสรรในการดูดซับความถี่ ของ แสงสีขาว พวกมันดูดซับบางส่วนของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในขณะที่สะท้อนส่วนอื่น ๆ ความถี่ของสเปกตรัมที่ไม่ถูกดูดซับจะถูกสะท้อนหรือส่งผ่านเพื่อให้เราสามารถสังเกตได้ทางกายภาพ นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดสีการลดทอนของแสงทุกความถี่และความยาวคลื่นเกิดจากกลไกการดูดซับและการกระเจิง รวมกัน ^{[ 2 ]}

ความโปร่งใสสามารถช่วยพรางตัวได้ อย่างสมบูรณ์แบบ สำหรับสัตว์ที่สามารถทำได้ ซึ่งทำได้ง่ายกว่าในน้ำทะเล ที่มีแสงน้อยหรือขุ่นกว่า ในที่ที่มีแสงสว่างเพียงพอสัตว์ทะเล หลายชนิด เช่นแมงกะพรุนมีความโปร่งใสสูง

• ภาษาอังกฤษยุคกลางตอนปลาย: มาจากภาษาฝรั่งเศสโบราณ ซึ่งมาจากภาษาละตินยุคกลางtransparent - 'มองเห็นได้ผ่าน' มาจากภาษาละตินtransparereซึ่งมาจากtrans - 'ผ่าน' + parere 'มองเห็นได้'
• ปลายศตวรรษที่ 16 (ในความหมายภาษาละติน): มาจากภาษาละตินtranslucent - 'ส่องผ่าน' มาจากคำกริยาtranslucereซึ่งมาจากtrans - 'ผ่าน' + lucere 'ส่องแสง'
• คำว่า opake มาจาก ภาษาอังกฤษยุคกลางตอนปลายซึ่งมาจากภาษาละตินopacus ที่แปลว่า 'ทำให้มืดลง' การสะกดในปัจจุบัน (ซึ่งพบได้น้อยก่อนศตวรรษที่ 19) ได้รับอิทธิพลมาจากรูปแบบภาษาฝรั่งเศส

ในส่วนของการดูดซับแสง วัสดุหลักที่ควรพิจารณา ได้แก่:

• ในระดับอิเล็กตรอน การดูดกลืนแสงใน ช่วง อัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้ (UV-Vis) ขึ้นอยู่กับว่าวงโคจรของอิเล็กตรอนมีการจัดเรียง (หรือ "ควอนตัม") ในลักษณะที่อิเล็กตรอนสามารถดูดกลืนควอนตัมของแสง (หรือโฟตอน ) ที่มีความถี่ เฉพาะได้ หรือไม่ ตัวอย่างเช่น ในแก้วส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนไม่มีระดับพลังงานที่สูงกว่าในช่วงที่เกี่ยวข้องกับแสงที่มองเห็นได้ หรือหากมี การเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานเหล่านั้นจะขัดกับกฎการเลือกซึ่งหมายความว่าไม่มีการดูดกลืนแสงที่สังเกตได้ในแก้วบริสุทธิ์ (ไม่เจือปน) ทำให้แก้วบริสุทธิ์เป็นวัสดุโปร่งใสที่เหมาะสำหรับหน้าต่างในอาคาร
• ในระดับอะตอมหรือโมเลกุล การดูดกลืนทางกายภาพในช่วงอินฟราเรดของสเปกตรัมขึ้นอยู่กับความถี่ ของการสั่นสะเทือน ของอะตอมหรือโมเลกุลหรือพันธะเคมีและขึ้นอยู่กับกฎการเลือกไนโตรเจนและออกซิเจนไม่ใช่ก๊าซเรือนกระจกเพราะไม่มี โมเมนต์ไดโพล ของโมเลกุล

ในส่วนของการกระเจิงของแสงปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือขนาดความยาวของโครงสร้างเหล่านี้ทั้งหมดหรือบางส่วนเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของแสงที่กระเจิง วัสดุหลักที่ต้องพิจารณาได้แก่:

• โครงสร้างผลึก: อะตอมหรือโมเลกุลแสดงให้เห็นถึง 'ระเบียบระยะยาว' ที่พบในของแข็งผลึกหรือไม่
• โครงสร้างคล้ายแก้ว: จุดศูนย์กลางการกระเจิงรวมถึงความผันผวนของความหนาแน่นหรือองค์ประกอบ
• โครงสร้างจุลภาค : จุดศูนย์กลางการกระเจิง ได้แก่ พื้นผิวภายใน เช่น ขอบเกรนข้อบกพร่องทางผลึกศาสตร์และรูพรุนขนาดเล็ก
• วัสดุอินทรีย์: จุดศูนย์กลางการกระเจิง ได้แก่ โครงสร้างเส้นใยและเซลล์ รวมถึงขอบเขตต่างๆ

การสะท้อนแบบกระจาย - โดยทั่วไป เมื่อแสงตกกระทบพื้นผิวของวัสดุแข็ง (ที่ไม่ใช่โลหะและไม่ใช่แก้ว) แสงจะสะท้อนออกไปทุกทิศทางเนื่องจากการสะท้อนหลายครั้งจากความไม่สม่ำเสมอในระดับจุลภาคภายในวัสดุ (เช่นขอบเกรนของ วัสดุ ผลึกหลายเม็ดหรือ ขอบ เซลล์หรือเส้นใยของวัสดุอินทรีย์) และจากพื้นผิวของวัสดุ หากพื้นผิวนั้นขรุขระ การสะท้อนแบบกระจายมักมีลักษณะเฉพาะด้วยมุมการสะท้อนแบบรอบทิศทาง วัตถุส่วนใหญ่ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจะถูกระบุผ่านการสะท้อนแบบกระจาย อีกคำหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการสะท้อนประเภทนี้คือ "การกระเจิงของแสง" การกระเจิงของแสงจากพื้นผิวของวัตถุเป็นกลไกหลักในการสังเกตทางกายภาพของเรา^{[ 3 ] [ 4 ]}

การกระเจิงของแสงในของเหลวและของแข็งขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่กระเจิง ข้อจำกัดของขนาดเชิงพื้นที่ของการมองเห็น (โดยใช้แสงขาว) จึงเกิดขึ้นโดยขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นแสงและมิติ ทางกายภาพ (หรือขนาดเชิงพื้นที่) ของศูนย์กลางการกระเจิง แสงที่มองเห็นได้มีขนาดความยาวคลื่นประมาณ 0.5  μmศูนย์กลางการกระเจิง (หรืออนุภาค) ที่มีขนาดเล็กถึง 1 μm ได้รับการสังเกตโดยตรงในกล้องจุลทรรศน์ แบบใช้แสง (เช่นการเคลื่อนที่แบบบราวน์ ) ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ความโปร่งใสทางแสงในวัสดุผลึกหลายเหลี่ยมถูกจำกัดด้วยปริมาณแสงที่กระเจิงโดยลักษณะโครงสร้างจุลภาค การกระเจิงของแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง ดังนั้น ข้อจำกัดของขนาดเชิงพื้นที่ในการมองเห็น (โดยใช้แสงขาว) จึงเกิดขึ้น โดยขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นแสงและมิติทางกายภาพของจุดศูนย์กลางการกระเจิง ตัวอย่างเช่น เนื่องจากแสงที่มองเห็นได้มีความยาวคลื่นอยู่ในระดับไมโครเมตร จุดศูนย์กลางการกระเจิงจึงจะมีมิติในระดับเชิงพื้นที่ที่ใกล้เคียงกัน จุดศูนย์กลางการกระเจิงหลักในวัสดุผลึกหลายเหลี่ยม ได้แก่ ข้อบกพร่องทางโครงสร้างจุลภาค เช่น รูพรุนและขอบเกรน นอกจากรูพรุนแล้ว อินเตอร์เฟซส่วนใหญ่ในวัตถุโลหะหรือเซรามิกทั่วไปอยู่ในรูปของขอบเกรนซึ่งแยกบริเวณเล็กๆ ของระเบียบผลึก เมื่อขนาดของจุดศูนย์กลางการกระเจิง (หรือขอบเกรน) ลดลงต่ำกว่าขนาดของความยาวคลื่นของแสงที่กระเจิง การกระเจิงจะไม่เกิดขึ้นในระดับที่มีนัยสำคัญอีกต่อไป

ในการก่อตัวของวัสดุผลึกหลายเหลี่ยม (โลหะและเซรามิก) ขนาดของผลึกจะถูกกำหนดโดยขนาดของอนุภาคผลึกที่มีอยู่ในวัตถุดิบในระหว่างการขึ้นรูป (หรือการอัด) ของวัตถุเป็นส่วนใหญ่ ยิ่งไปกว่านั้น ขนาดของขอบเขตผลึกจะแปรผันโดยตรงกับขนาดของอนุภาค ดังนั้น การลดขนาดอนุภาคเดิมให้ต่ำกว่าความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้ (ประมาณ 1/15 ของความยาวคลื่นแสง หรือประมาณ 600 นาโนเมตร / 15 = 40  นาโนเมตร ) จะช่วยลดการกระเจิงของแสงลงได้มาก ส่งผลให้ได้วัสดุที่โปร่งแสงหรือแม้กระทั่งโปร่งใส

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของการส่งผ่านแสงผ่านอะลูมินาเซรามิกโปร่งแสงแสดงให้เห็นว่ารูพรุนขนาดเล็กที่ติดอยู่ใกล้ขอบเกรนทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการกระเจิงหลัก สัดส่วนปริมาตรของรูพรุนต้องลดลงต่ำกว่า 1% เพื่อให้ได้การส่งผ่านแสงที่มีคุณภาพสูง (99.99 เปอร์เซ็นต์ของความหนาแน่นตามทฤษฎี) เป้าหมายนี้บรรลุผลสำเร็จได้ง่ายและแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในห้องปฏิบัติการและสถานวิจัยทั่วโลกโดยใช้วิธีการประมวลผลทางเคมีที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งครอบคลุมโดยวิธี การทางเคมี โซลเจลและนาโนเทคโนโลยี^{[ 7 ]}

เซรามิกโปร่งใสได้รับความสนใจในการประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ เช่น เลเซอร์พลังงานสูง หน้าต่างเกราะโปร่งใส หัวจรวดนำวิถีความร้อน เครื่องตรวจจับรังสีสำหรับการทดสอบแบบไม่ทำลาย ฟิสิกส์พลังงานสูง การสำรวจอวกาศ ความปลอดภัย และการถ่ายภาพทางการแพทย์ ชิ้นส่วน เลเซอร์ ขนาดใหญ่ ที่ทำจากเซรามิกโปร่งใสสามารถผลิตได้ในราคาที่ค่อนข้างต่ำ ชิ้นส่วนเหล่านี้ปราศจากความเครียด ภายใน หรือการหักเหของแสง โดยธรรมชาติ และอนุญาตให้มีการเติมสารเจือปนในระดับที่ค่อนข้างสูงหรือโปรไฟล์การเติมสารเจือปนที่ออกแบบเองได้อย่างเหมาะสม สิ่งนี้ทำให้ชิ้นส่วนเลเซอร์เซรามิกมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเลเซอร์พลังงานสูง

การพัฒนาผลิตภัณฑ์แผงโปร่งใสจะมีศักยภาพในการใช้งานขั้นสูงอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อแรงกระแทก ซึ่งสามารถนำไปใช้กับหน้าต่างและช่องแสงภายในบ้านได้ ที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือ ผนังและส่วนประกอบอื่นๆ จะมีความแข็งแรงโดยรวมที่ดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่มีแรงเฉือนสูง ซึ่งพบได้ในพื้นที่ที่มีแผ่นดินไหวและลมแรง หากการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลที่คาดการณ์ไว้เป็นไปตามที่คาดไว้ ข้อจำกัดแบบดั้งเดิมเกี่ยวกับพื้นที่กระจกในข้อกำหนดการก่อสร้างในปัจจุบันอาจล้าสมัยได้อย่างรวดเร็ว หากพื้นที่กระจกมีส่วนช่วยในการต้านทานแรงเฉือนของผนังจริงๆ

วัสดุโปร่งแสงอินฟราเรดที่มีอยู่ในปัจจุบันมักมีความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพทางแสง ความแข็งแรงเชิงกล และราคา ตัวอย่างเช่นแซฟไฟร์ (อะลูมินา ผลึก ) มีความแข็งแรงมาก แต่มีราคาแพงและไม่โปร่งแสงอย่างสมบูรณ์ในช่วงอินฟราเรดกลาง 3–5 ไมโครเมตร ในขณะที่อิตเทรียมออกไซด์โปร่งแสงอย่างสมบูรณ์ในช่วง 3–5 ไมโครเมตร แต่ขาดความแข็งแรง ความแข็ง และความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันที่เพียงพอสำหรับการใช้งานด้านอวกาศที่มีประสิทธิภาพสูง การผสมผสานวัสดุทั้งสองนี้ในรูปของอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (YAG) เป็นหนึ่งในวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในด้านนี้

เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงมักไม่ได้มีเพียงความถี่ (หรือความยาวคลื่น) เดียว แต่มีหลายความถี่ วัตถุมีแนวโน้มที่จะดูดซับ สะท้อน หรือส่งผ่านแสงที่มีความถี่เฉพาะเจาะจง เช่น วัตถุหนึ่งอาจสะท้อนแสงสีเขียวในขณะที่ดูดซับแสงที่มีความถี่อื่นๆ ทั้งหมด ส่วนอีกวัตถุหนึ่งอาจส่งผ่านแสงสีน้ำเงินในขณะที่ดูดซับแสงที่มีความถี่อื่นๆ ทั้งหมด วิธีการที่แสงที่มองเห็นได้มีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ของแสง ลักษณะของอะตอมในวัตถุ และบ่อยครั้งก็ขึ้นอยู่กับลักษณะของอิเล็กตรอนในอะตอมของวัตถุด้วย

วัสดุบางชนิดยอมให้แสงส่วนใหญ่ที่ตกกระทบทะลุผ่านวัสดุนั้นได้โดยไม่สะท้อน วัสดุที่ยอมให้คลื่นแสงทะลุผ่านได้เรียกว่าวัสดุโปร่งใส ตัวอย่างที่ดีของวัสดุประเภทนี้คือ กระจกหน้าต่างที่บริสุทธิ์ทางเคมี (ไม่เจือปน) และน้ำสะอาดจากแม่น้ำหรือน้ำพุ

วัสดุที่ไม่ยอมให้คลื่นแสงความถี่ใดๆ ผ่านไปได้เรียกว่า วัสดุ ทึบแสงสารดังกล่าวอาจมีองค์ประกอบทางเคมีที่รวมถึงสิ่งที่เรียกว่าศูนย์การดูดซับ วัสดุส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุที่เลือกดูดซับความถี่ของแสง ดังนั้นจึงดูดซับเฉพาะบางส่วนของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ความถี่ของสเปกตรัมที่ไม่ถูกดูดซับจะสะท้อนกลับหรือส่งผ่านเพื่อให้เราสามารถสังเกตได้ทางกายภาพ ในส่วนของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดสี^{[ 8 ] [ 9 ]}

ศูนย์การดูดซับมีบทบาทสำคัญในการทำให้เกิดความยาวคลื่นเฉพาะของแสงที่มองเห็นได้รอบตัวเรา โดยไล่จากความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (0.7 ไมโครเมตร) ไปจนถึงความยาวคลื่นที่สั้นกว่า (0.4 ไมโครเมตร) สีแดง ส้ม เหลือง เขียว และน้ำเงิน (ROYGB) สามารถรับรู้ได้ด้วยประสาทสัมผัสของเราผ่านการดูดซับความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ของคลื่นแสงที่เฉพาะเจาะจง กลไกการดูดซับคลื่นแสงแบบเลือกเฉพาะ ได้แก่:

• อิเล็กตรอน: การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงาน ของอิเล็กตรอน ภายในอะตอม (เช่นเม็ดสี ) การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักเกิดขึ้นในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) และ/หรือช่วงแสงที่มองเห็นได้
• การสั่นสะเทือน: การสั่นพ้อง ใน โหมดการสั่นสะเทือนของอะตอม/โมเลกุลการเปลี่ยนผ่านเหล่านี้มักอยู่ในส่วนของสเปกตรัมอินฟราเรด

ในการดูดกลืนทางอิเล็กตรอน ความถี่ของคลื่นแสงที่เข้ามาจะอยู่ที่ระดับพลังงานใกล้เคียงกับระดับพลังงานของอิเล็กตรอนภายในอะตอมที่ประกอบเป็นสารนั้น ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจะดูดซับพลังงานของคลื่นแสงและเพิ่มระดับพลังงานของตนเอง โดยมักจะเคลื่อนที่ออกจากนิวเคลียสของอะตอมไปยังวงโคจรหรือวงนอกสุด

อะตอมที่รวมตัวกันเป็นโมเลกุลของสารใดๆ นั้นประกอบด้วยอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง (กำหนดโดยเลขอะตอม Z ในตารางธาตุ ) โปรดจำไว้ว่าคลื่นแสงทั้งหมดมีต้นกำเนิดมาจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นจึงได้รับผลกระทบอย่างมากเมื่อสัมผัสกับ อิเล็กตรอน ที่มีประจุลบในสสาร เมื่อโฟตอน (อนุภาคพลังงานแสงแต่ละอนุภาค) สัมผัสกับอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอม สิ่งต่างๆ หลายอย่างสามารถและจะเกิดขึ้นได้:

• โมเลกุลดูดซับโฟตอน พลังงานบางส่วนอาจสูญเสียไปในรูปของการเรืองแสง การเปล่งแสงฟลูออเรสเซนต์และการเปล่งแสงฟอสฟอเรสเซนต์
• โมเลกุลจะดูดซับโฟตอน ส่งผลให้เกิดการสะท้อนหรือการกระเจิง
• โมเลกุลไม่สามารถดูดซับพลังงานของโฟตอนได้ และโฟตอนจะเคลื่อนที่ต่อไปตามเส้นทางเดิม ส่งผลให้เกิดการส่งผ่าน (ในกรณีที่ไม่มีกลไกการดูดซับอื่นๆ ทำงานอยู่)

โดยส่วนใหญ่แล้ว ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นกับแสงที่ตกกระทบวัตถุนั้น มักเป็นการผสมผสานของปัจจัยข้างต้น สถานะในวัสดุต่าง ๆ จะแตกต่างกันในช่วงพลังงานที่วัสดุเหล่านั้นสามารถดูดซับได้ ตัวอย่างเช่น แก้วส่วนใหญ่จะกันแสงอัลตราไวโอเลต (UV) สิ่งที่เกิดขึ้นคือ อิเล็กตรอนในแก้วจะดูดซับพลังงานของโฟตอนในช่วง UV ในขณะที่ละเลยพลังงานที่อ่อนกว่าของโฟตอนในสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ แต่ก็มีแก้ว ชนิดพิเศษอยู่ด้วย เช่น แก้วบอโรซิลิเกต หรือควอตซ์ ชนิดพิเศษที่สามารถยอมให้แสง UV ผ่านไปได้ จึงทำให้แสงอัลตราไวโอเลตผ่านได้ในปริมาณมาก

ดังนั้น เมื่อวัสดุได้รับแสง โฟตอนของแสงแต่ละตัวสามารถทำให้อิเล็กตรอนวาเลนซ์ของอะตอมเปลี่ยนสถานะไปสู่ระดับพลังงาน อิเล็กตรอนที่สูงขึ้น ได้ โฟตอนจะถูกทำลายในกระบวนการนี้ และพลังงานรังสีที่ถูกดูดซับจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ไฟฟ้า จากนั้น พลังงานที่ถูกดูดซับอาจเกิดสิ่งต่างๆ ขึ้นได้หลายอย่าง เช่น อิเล็กตรอนอาจปล่อยออกมาอีกครั้งในรูปของพลังงานรังสี (ในกรณีนี้ ผลโดยรวมคือการกระเจิงของแสง) กระจายไปยังส่วนที่เหลือของวัสดุ (เช่น เปลี่ยนเป็นความร้อน ) หรืออิเล็กตรอนอาจหลุดออกจากอะตอม (เช่นในปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกและปรากฏการณ์คอมป์ตัน )

กลไกทางกายภาพหลักในการเก็บพลังงานกลของการเคลื่อนที่ในสสารควบแน่นคือความร้อนหรือพลังงานความร้อนพลังงานความร้อนแสดงออกมาในรูปของพลังงานการเคลื่อนที่ ดังนั้น ความร้อนจึงเป็นการเคลื่อนที่ในระดับอะตอมและโมเลกุล รูปแบบการเคลื่อนที่หลักในสารผลึก คือ การสั่นอะตอมใดๆ ก็ตามจะสั่นรอบตำแหน่งเฉลี่ย ภายในโครงสร้างผลึก โดยมีอะตอมข้างเคียงล้อมรอบ การสั่นในสองมิตินี้เทียบเท่ากับการแกว่งของลูกตุ้มนาฬิกา มันแกว่งไปมาอย่างสมมาตรเกี่ยวกับตำแหน่งเฉลี่ย (แนวตั้ง) ความถี่การสั่นของอะตอมและโมเลกุลอาจมีค่าเฉลี่ยประมาณ 10¹² ^รอบต่อวินาที ( รังสีเทราเฮิร์ตซ์ )

เมื่อคลื่นแสงที่มีความถี่ที่กำหนดตกกระทบวัสดุที่มีอนุภาคที่มีความถี่การสั่นสะเทือนเดียวกัน (หรือความถี่เรโซแนนซ์) อนุภาคเหล่านั้นจะดูดซับพลังงานของคลื่นแสงและเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนจากการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือน เนื่องจากอะตอมและโมเลกุลที่แตกต่างกันมีความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติที่แตกต่างกัน พวกมันจึงดูดซับความถี่ที่แตกต่างกัน (หรือส่วนต่างๆ ของสเปกตรัม) ของแสงอินฟราเรด การสะท้อนและการส่งผ่านของคลื่นแสงเกิดขึ้นเนื่องจากความถี่ของคลื่นแสงไม่ตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ตามธรรมชาติของการสั่นสะเทือนของวัตถุ เมื่อแสงอินฟราเรดที่มีความถี่เหล่านี้ตกกระทบวัตถุ พลังงานจะถูกสะท้อนหรือส่งผ่าน

ถ้าวัตถุโปร่งใส คลื่นแสงจะถูกส่งผ่านไปยังอะตอมข้างเคียงผ่านเนื้อวัสดุและถูกปล่อยออกมาอีกครั้งที่ด้านตรงข้ามของวัตถุ ความถี่ของคลื่นแสงดังกล่าวเรียกว่าถูกส่งผ่าน^{[ 10 ] [ 11 ]}

วัตถุอาจไม่โปร่งใสเนื่องจากสะท้อนแสงที่เข้ามา หรือเนื่องจากดูดซับแสงที่เข้ามา เกือบทุกของแข็งจะสะท้อนแสงบางส่วนและดูดซับแสงบางส่วน

เมื่อแสงตกกระทบลงบนบล็อกโลหะมันจะพบกับอะตอมที่อัดแน่นอยู่ในโครงสร้างตาข่าย ปกติ และ " ทะเลอิเล็กตรอน " ที่เคลื่อนที่แบบสุ่มระหว่างอะตอม^{[ 12 ]}ในโลหะ อิเล็กตรอนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนที่ไม่เกิดพันธะ (หรืออิเล็กตรอนอิสระ) ซึ่งแตกต่างจากอิเล็กตรอนที่เกิดพันธะที่มักพบในของแข็งที่ไม่ใช่โลหะ (ฉนวน) ที่เกิดพันธะโคเวเลนต์หรือพันธะไอออนิก ในพันธะโลหะ อิเล็กตรอนที่เกิดพันธะใดๆ ก็สามารถหลุดออกจากอะตอมในโครงสร้างผลึกได้ง่าย ผลของการกระจายตัวนี้ก็คือการทำให้ผลของ "ทะเลอิเล็กตรอน" เด่นชัดขึ้น เป็นผลจากอิเล็กตรอนเหล่านี้ แสงส่วนใหญ่ที่เข้ามาในโลหะจึงสะท้อนกลับ ซึ่งเป็นเหตุผลที่เราเห็นพื้นผิวโลหะที่ มันวาว

ฉนวนส่วนใหญ่(หรือ วัสดุ ไดอิเล็กทริก ) ยึดติดกันด้วยพันธะไอออนิกดังนั้น วัสดุเหล่านี้จึงไม่มีอิเล็กตรอนนำไฟฟ้า อิสระ และอิเล็กตรอนที่ยึดติดกันจะสะท้อนคลื่นที่ตกกระทบเพียงส่วนน้อยเท่านั้น ความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ที่เหลือสามารถแพร่กระจาย (หรือส่งผ่าน) ได้อย่างอิสระ วัสดุประเภทนี้รวมถึงเซรามิกและแก้ว ทุก ชนิด

หากวัสดุไดอิเล็กทริกไม่มีโมเลกุลสารเติมแต่งที่ดูดซับแสง (เม็ดสี สีย้อม สารให้สี) โดยทั่วไปแล้วจะโปร่งใสต่อสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ ศูนย์กลางสี (หรือโมเลกุลสีย้อม หรือ " สารเจือปน ") ในวัสดุไดอิเล็กทริกจะดูดซับแสงที่เข้ามาบางส่วน ความถี่ (หรือความยาวคลื่น) ที่เหลือจะสามารถสะท้อนหรือส่งผ่านได้ นี่คือวิธีการผลิตกระจกสี

ของเหลวและสารละลายในน้ำส่วนใหญ่มีความโปร่งใสสูง ตัวอย่างเช่น น้ำ น้ำมันปรุงอาหาร แอลกอฮอล์ล้างแผล อากาศ และก๊าซธรรมชาติ ล้วนมีความใส การไม่มีข้อบกพร่องทางโครงสร้าง (ช่องว่าง รอยแตก ฯลฯ) และโครงสร้างโมเลกุลของของเหลวส่วนใหญ่เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ของเหลวมีการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยม ความสามารถของของเหลวในการ "ซ่อมแซม" ข้อบกพร่องภายในผ่านการไหลแบบหนืดเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ทำให้วัสดุเส้นใยบางชนิด (เช่น กระดาษหรือผ้า) มีความโปร่งใสมากขึ้นเมื่อเปียกน้ำ ของเหลวจะเติมเต็มช่องว่างจำนวนมากทำให้วัสดุมีความเป็นเนื้อเดียวกันทางโครงสร้างมากขึ้น

การกระเจิงของแสงใน ของแข็ง ผลึก (ที่ไม่ใช่โลหะ) ที่ปราศจากข้อบกพร่องในอุดมคติ ซึ่ง ไม่มีศูนย์กลางการกระเจิงสำหรับแสงที่เข้ามาจะเกิดจากผลกระทบของความไม่เป็นเชิงเส้นภายในโครงสร้างตาข่ายที่เป็นระเบียบเป็นหลักการส่งผ่าน แสง จะมีทิศทาง สูง เนื่องจากความไม่สมมาตร ทั่วไป ของสารผลึก ซึ่งรวมถึงกลุ่มสมมาตรและโครงสร้างตาข่ายบราเว ส์ ตัวอย่างเช่น ^ผลึกควอตซ์ซิลิกา ( ซิลิคอนไดออกไซด์ , SiO2 ₎ทั้งเจ็ดรูปแบบที่ แตกต่างกันล้วนเป็น วัสดุที่โปร่งใส [ ^{13 ]}

วัสดุโปร่งแสงเน้นที่การตอบสนองของวัสดุต่อคลื่นแสงที่เข้ามาในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ การส่งผ่านคลื่นแสงโดยใช้ตัวนำคลื่นแบบเลือกความถี่เกี่ยวข้องกับสาขาใหม่ของใยแก้วนำแสงและความสามารถขององค์ประกอบที่เป็นแก้วบางชนิดในการทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการส่งผ่านความถี่ต่างๆ พร้อมกัน ( ใยแก้วนำแสงแบบหลายโหมด ) โดยมี การรบกวน ระหว่างความยาวคลื่นหรือความถี่ที่แข่งขันกัน น้อยมากหรือไม่มีเลยโหมดการสั่นพ้องของการส่งพลังงานและข้อมูลผ่านการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) นี้ค่อนข้างปราศจากการสูญเสีย

เส้นใยแก้วนำแสงเป็น ตัวนำคลื่นแสงทรง กระบอกที่ส่งผ่านแสงไปตามแกนของมันโดยกระบวนการสะท้อนกลับภายในทั้งหมดเส้นใยประกอบด้วยแกนกลางที่ล้อมรอบด้วย ชั้น หุ้มเพื่อกักเก็บสัญญาณแสงไว้ในแกนกลางดัชนีหักเหของแกนกลางต้องมากกว่าดัชนีหักเหของชั้นหุ้ม ดัชนีหักเหเป็นพารามิเตอร์ที่สะท้อนความเร็วของแสงในวัสดุ (ดัชนีหักเหคืออัตราส่วนของความเร็วของแสงในสุญญากาศต่อความเร็วของแสงในตัวกลางที่กำหนด ดังนั้นดัชนีหักเหของสุญญากาศจึงเท่ากับ 1) ยิ่งดัชนีหักเหมากเท่าใด แสงก็จะเดินทางในตัวกลางนั้นช้าลงเท่านั้น ค่าทั่วไปสำหรับแกนกลางและชั้นหุ้มของเส้นใยแก้วนำแสงคือ 1.48 และ 1.46 ตามลำดับ

เมื่อแสงเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงกระทบกับขอบเขตด้วยมุมที่ชัน แสงจะถูกสะท้อนกลับทั้งหมด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนกลับภายในทั้งหมด (Total Internal Reflectionหรือ TOIR) ซึ่งใช้ในใยแก้วนำแสงเพื่อกักเก็บแสงไว้ในแกนกลาง แสงเดินทางไปตามเส้นใยโดยสะท้อนไปมากับขอบเขต เนื่องจากแสงต้องกระทบกับขอบเขตด้วยมุมที่มากกว่ามุมวิกฤตดังนั้นเฉพาะแสงที่เข้าสู่เส้นใยภายในช่วงมุมที่กำหนดเท่านั้นที่จะสามารถส่งผ่านได้ ช่วงมุมนี้เรียกว่ากรวยรับแสง (Acceptance Cone ) ของเส้นใย ขนาดของกรวยรับแสงนี้เป็นฟังก์ชันของความแตกต่างของดัชนีหักเหระหว่างแกนกลางและปลอกหุ้มของเส้นใย ท่อนำแสง(Optical Waveguides)ถูกใช้เป็นส่วนประกอบในวงจรแสงแบบรวม (เช่น รวมกับเลเซอร์หรือไดโอดเปล่งแสง (LED)) หรือเป็นตัวกลางในการส่งสัญญาณใน ระบบ สื่อสารด้วยแสงทั้งระยะใกล้และระยะไกล

การลดทอนในใยแก้วนำแสงหรือที่เรียกว่าการสูญเสียการส่งสัญญาณคือการลดลงของความเข้มของลำแสง (หรือสัญญาณ) เมื่อเทียบกับระยะทางที่เดินทางผ่านตัวกลางส่งสัญญาณ เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการส่งสัญญาณในระยะทางไกลค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนในใยแก้วนำแสงมักใช้หน่วยเป็น dB/km เนื่องจากความโปร่งใสสูงมากของตัวกลางส่งสัญญาณแสงในปัจจุบัน ตัวกลางมักเป็นเส้นใยแก้วซิลิกาที่กักเก็บลำแสงตกกระทบไว้ภายใน

^{ในใยแก้ว นำ}แสง แหล่งที่มาหลักของการลดทอนคือการกระเจิงจากความไม่สม่ำเสมอในระดับโมเลกุล เรียกว่าการกระเจิงแบบเรย์ลี [ ^{15 ]}เนื่องมาจากความไม่เป็นระเบียบของโครงสร้างและความผันผวนขององค์ประกอบของโครงสร้างแก้วปรากฏการณ์เดียวกันนี้ถือเป็นหนึ่งในปัจจัยจำกัดในความโปร่งใสของโดมขีปนาวุธอินฟราเรด^{[ 16 ]}การลดทอนเพิ่มเติมเกิดจากแสงที่ถูกดูดซับโดยวัสดุตกค้าง เช่น โลหะหรือไอออนของน้ำ ภายในแกนใยแก้วและปลอกหุ้มด้านใน การรั่วไหลของแสงเนื่องจากการดัดงอ การต่อ การเชื่อมต่อ หรือแรงภายนอกอื่นๆ เป็นปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลให้เกิดการลดทอน ที่กำลังแสงสูง การกระเจิงยังสามารถเกิดจากกระบวนการทางแสงแบบไม่เชิงเส้นในใยแก้วได้อีกด้วย^{[ 17 ]}

สัตว์ ทะเลหลายชนิดที่ลอยอยู่ใกล้ผิวน้ำมีความโปร่งใสสูง ทำให้พวกมันพรางตัว ได้อย่างสมบูรณ์ แบบ^{[ 18 ]}อย่างไรก็ตาม ความโปร่งใสเป็นเรื่องยากสำหรับร่างกายที่ทำจากวัสดุที่มีดัชนีหักเหแตก ต่าง จากน้ำทะเล สัตว์ทะเลบางชนิด เช่นแมงกะพรุนมีร่างกายเป็นเจลาตินซึ่งประกอบด้วยน้ำเป็นส่วนใหญ่เมโซโกลอา ที่หนาของพวกมัน ไม่มีเซลล์และมีความโปร่งใสสูง ทำให้พวกมันลอยตัว ได้ดี แต่ก็ทำให้พวกมันมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับมวลกล้ามเนื้อ ดังนั้นพวกมันจึงว่ายน้ำได้ไม่เร็ว ทำให้การพรางตัวในรูปแบบนี้เป็นการแลกเปลี่ยนที่มีราคาแพงกับความคล่องตัว^{[ 18 ]} สัตว์ แพลงก์ตอนเจลาตินมีความโปร่งใสระหว่าง 50 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ความโปร่งใส 50 เปอร์เซ็นต์ก็เพียงพอที่จะทำให้สัตว์มองไม่เห็นสำหรับผู้ล่า เช่นปลาค็อดที่ความลึก 650 เมตร (2,130 ฟุต) จำเป็นต้องมีความโปร่งใสที่ดีกว่าเพื่อให้มองไม่เห็นในน้ำตื้น ซึ่งแสงสว่างกว่าและผู้ล่าสามารถมองเห็นได้ดีกว่า ตัวอย่างเช่น ปลาค็อดสามารถมองเห็นเหยื่อที่มีความโปร่งใส 98 เปอร์เซ็นต์ในสภาพแสงที่เหมาะสมในน้ำตื้น ดังนั้น ความโปร่งใสที่เพียงพอสำหรับการพรางตัวจึงเกิดขึ้นได้ง่ายกว่าในน้ำที่ลึกกว่า^{[ 18 ]}ด้วยเหตุผลเดียวกัน ความโปร่งใสในอากาศจึงทำได้ยากยิ่งกว่า แต่ตัวอย่างบางส่วนพบได้ใน กบแก้วในป่าฝนอเมริกาใต้ ซึ่งมีผิวหนังโปร่งแสงและแขนขาสีเขียวอ่อน^{[ 19 ]} ผีเสื้อปีกใส ( ithomiine ) หลายชนิดในอเมริกากลาง และ แมลงปอ และ แมลงที่เกี่ยวข้อง อีกหลายชนิด ก็มีปีกที่โปร่งใสเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการพรางตัวที่ช่วยป้องกันจากผู้ล่าได้บ้าง^{[ 20 ]}

• พลศาสตร์ไฟฟ้าของตัวกลางต่อเนื่อง , Landau, LD , Lifshits. EMและPitaevskii, LP (Pergamon Press, Oxford, 1984)
• การกระเจิงของแสงเลเซอร์: หลักการพื้นฐานและการปฏิบัติจริง Chu, B., ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2 (Academic Press, นิวยอร์ก 1992)
• วิศวกรรมเลเซอร์โซลิดสเตท , ดับเบิลยู. โคเอชเนอร์ (สปริงเกอร์-เวอร์แลก, นิวยอร์ก, 1999)
• หนังสือ "Introduction to Chemical Physics"โดย JC Slater (McGraw-Hill, นิวยอร์ก, 1939)
• ทฤษฎีทรงสามมิติสมัยใหม่ , เอฟ. ไซทซ์, (แม็กกรอว์-ฮิลล์, นิวยอร์ก, 1940)
• แง่มุมสมัยใหม่ของสถานะแก้ว , บรรณาธิการโดย เจ.ดี. แมคเคนซี (บัตเตอร์เวิร์ธส์, ลอนดอน, 1960)

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเรื่องความโปร่งใส

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับสื่อโปร่งใส

• ความเสถียรต่อรังสียูวี
• คุณสมบัติของแสง
• การดูดกลืนแสงยูวี-วิสิเบิล
• สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด
• การกระเจิงบริลลูอิน
• เซรามิกโปร่งใส
• กระจกกันกระสุน
• เกราะ ALON โปร่งใส
• คุณสมบัติของวัสดุทางแสง
• อะไรทำให้แก้วโปร่งใส?
• การกระเจิงแบบบริลลูอินในใยแก้วนำแสง
• รังสีอินฟราเรดความร้อนและการนำทางขีปนาวุธ