物理光學(xué)04.pdf

第第第第1 1章章章章 光的電磁理論基礎(chǔ)光的電磁理論基礎(chǔ)光的電磁理論基礎(chǔ)光的電磁理論基礎(chǔ) 1 3 1 3 光的吸收 色散和散射光的吸收 色散和散射光的吸收 色散和散射光的吸收 色散和散射 一 光的吸收 1 解釋 光在任何介質(zhì)中傳播都有被 光在任何介質(zhì)中傳播都有被吸收吸收現(xiàn)象 光在介質(zhì)中傳播時(shí) 介質(zhì)中的束縛電子將在 光波電磁場(chǎng)的作用下作受迫振蕩 使得介質(zhì)中的原子 成為一個(gè)振蕩電偶極子 光波要消耗能量來激發(fā)電偶 極子的振蕩 電偶極子振蕩的一部分能量以次波形式 與入射波疊加為反射波和折射波 另一部分能量由于 原子分子間作用轉(zhuǎn)化成其他形式的能量 這一部分能 量損耗就是物質(zhì)對(duì)光的 現(xiàn)象 光在介質(zhì)中傳播時(shí) 介質(zhì)中的束縛電子將在 光波電磁場(chǎng)的作用下作受迫振蕩 使得介質(zhì)中的原子 成為一個(gè)振蕩電偶極子 光波要消耗能量來激發(fā)電偶 極子的振蕩 電偶極子振蕩的一部分能量以次波形式 與入射波疊加為反射波和折射波 另一部分能量由于 原子分子間作用轉(zhuǎn)化成其他形式的能量 這一部分能 量損耗就是物質(zhì)對(duì)光的吸收吸收 2 物質(zhì)對(duì)光的吸收的一般規(guī)律 1 朗伯定律 0 z II e 為z 0處光強(qiáng) 為z處光強(qiáng) 為吸收系數(shù) 數(shù)值上等于光強(qiáng)變?yōu)槿?射光強(qiáng)1 e時(shí) 光經(jīng)過的厚度的倒數(shù) 對(duì)于可見光 玻璃 金屬 0 II 21 10 cm 61 10 cm 適用條件 光強(qiáng)不太強(qiáng)時(shí)適用 適用條件 光強(qiáng)不太強(qiáng)時(shí)適用 適用條件 光強(qiáng)不太強(qiáng)時(shí)適用 適用條件 光強(qiáng)不太強(qiáng)時(shí)適用 0 Cz C II e C為溶液濃度 2 比爾定律 光通過溶解于透明溶劑中的物質(zhì)而被 吸收時(shí) 有經(jīng)驗(yàn)公式 適用條件 溶液濃度不太大 適用條件 溶液濃度不太大 適用條件 溶液濃度不太大 適用條件 溶液濃度不太大 3 吸收的波長(zhǎng)選擇性 曲線 對(duì)于不同波長(zhǎng)的入射光 物質(zhì)的吸收系數(shù)不同 物質(zhì) 吸收的波長(zhǎng)選擇性可用 曲線 對(duì)于不同波長(zhǎng)的入射光 物質(zhì)的吸收系數(shù)不同 物質(zhì) 吸收的波長(zhǎng)選擇性可用 曲線表示 曲線表示 特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn) 1 1 一般對(duì)固體和液體 在某一較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收較強(qiáng) 且有極一般對(duì)固體和液體 在某一較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收較強(qiáng) 且有極一般對(duì)固體和液體 在某一較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收較強(qiáng) 且有極一般對(duì)固體和液體 在某一較大波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收較強(qiáng) 且有極 大值 吸收范圍稱吸收帶 帶外吸收很小 可視為透明 大值 吸收范圍稱吸收帶 帶外吸收很小 可視為透明 大值 吸收范圍稱吸收帶 帶外吸收很小 可視為透明 大值 吸收范圍稱吸收帶 帶外吸收很小 可視為透明 2 2 對(duì)稀薄氣體 吸收帶很窄 約對(duì)稀薄氣體 吸收帶很窄 約對(duì)稀薄氣體 吸收帶很窄 約對(duì)稀薄氣體 吸收帶很窄 約1010 3 3 nmnm量級(jí) 吸收帶量級(jí) 吸收帶量級(jí) 吸收帶量級(jí) 吸收帶 吸收線吸收線吸收線吸收線 二 光的色散 1 定義 光在物質(zhì)中傳播時(shí) 折射率隨光的波長(zhǎng) 頻率 而改變的現(xiàn)象稱為色散 n 2 正常色散和反常色散 正常色散 發(fā)生在物質(zhì)透明區(qū)色散 表現(xiàn)為n隨著 增大而減小 色散曲線呈單調(diào)下降 反常色散 發(fā)生在物質(zhì)吸收區(qū)色散 表現(xiàn)為n隨著 增大而增大 色散曲線呈單調(diào)上升 某種物質(zhì)的全色散曲線 三 光的散射 1 定義 由于物質(zhì) 氣體 液體或固體 中存在的 微小粒子對(duì)光束的作用 使光波偏離原來方向 而四周散開的現(xiàn)象 表現(xiàn) 光經(jīng)介質(zhì)后光強(qiáng)減弱 與吸收區(qū)別 吸收 入射光能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)內(nèi)其他 形式的能量 散射 光能量的空間分布被改變 2 瑞利散射和米氏散射 線性散射 散射光頻率 與入射光頻率相同 1 瑞利散射 瑞利散射 條件 條件 散射粒子的線度比波長(zhǎng)小的多 d10 性質(zhì) 性質(zhì) a 散射光強(qiáng)幾乎與波長(zhǎng)無關(guān) b 散射光強(qiáng)角分布和偏振特性隨粒子尺度d變化 典型實(shí)例 藍(lán)天中的白云 小水滴對(duì)陽(yáng)光散 射 典型實(shí)例 藍(lán)天中的白云 小水滴對(duì)陽(yáng)光散 射 3 分子散射 分子散射 3 拉曼散射和布里淵散射 非線性散射 散射光 中除與入射光頻率成分外 有新頻率成分出現(xiàn) 1 拉曼散射 拉曼散射 條件 條件 介質(zhì)中分子的振動(dòng) 性質(zhì) 性質(zhì) a 入射光頻率兩側(cè)對(duì)稱分布著較弱譜線 b 頻率差與散射物質(zhì)固有頻率有關(guān) 與入射光 頻率無關(guān) 典型實(shí)例 單色光源照射純凈液體或透明晶體 時(shí) 在與入射光垂直方向上可觀察到 典型實(shí)例 單色光源照射純凈液體或透明晶體 時(shí) 在與入射光垂直方向上可觀察到 2 布里淵散射 布里淵散射 條件 條件 介質(zhì)中因大量質(zhì)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)熱運(yùn)動(dòng)而引起介質(zhì) 密度變化而產(chǎn)生彈性聲波作用