物理光學(xué)課程主要內(nèi)容PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 物理光學(xué)課程主要內(nèi)容物理光學(xué)課程主要內(nèi)容 第1頁/共40頁 第2頁/共40頁 t r gfreE t r m d d d d 2 2 第3頁/共40頁 t r gfreE t r m d d d d 2 2 m eE r t r t r 2 0 2 2 d d d d 等號右邊的三項分別為電子受到的入射光電場強迫力、準等號右邊的三項分別為電子受到的入射光電場強迫力、準 彈性力和阻尼力；彈性力和阻尼力；E 是入射光場，且是入射光場，且 引入衰減系數(shù)引入衰減系數(shù) = g/m、電子的固有振動頻率、電子的固有振動頻率 后，電子的運動方程變?yōu)椋汉?，電子的運動方程變?yōu)椋?mf / 0 描述光與介

2、質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程 t zEE i e )( 第4頁/共40頁 由由 P = Ner 可得極化強度的表示式：可得極化強度的表示式： t zE m e r i 22 0 e )( i)( t zE m Ne P i 22 0 2 e)( i)( 第5頁/共40頁 2222 00 2 2222 0 22 0 0 2 )( )( m Ne m Ne 第6頁/共40頁 如果將如果將 表示成實部和虛部形式：表示成實部和虛部形式： i nnn 則有則有: : nnnn2 i)()i( 2222 (6.1- 13) i)( 1 11 22 00 2 2 m e

3、N n(6.1- 12) 第7頁/共40頁 22222 00 2 22222 0 22 0 0 2 22 )( 2 )( 1 m Ne n m Ne n 第8頁/共40頁 k 是光在真空中的波數(shù)。將復(fù)折射率表示式代入上式得：是光在真空中的波數(shù)。將復(fù)折射率表示式代入上式得： 相應(yīng)的光強度為：相應(yīng)的光強度為： znk EzE i 0e )( knzzk EzE i 0 ee)( zk eIzEI 2 0 2 | )( | 第9頁/共40頁 knzzk EzE i 0 ee)( zk eIzEI 2 0 2 | )( | 第10頁/共40頁 i 2 i 2 1 1 2 1 11 1| nn r 所以

4、有：所以有： 22222 00 2 22222 0 22 0 0 2 )(22 )(2 1 2 1 m Ne m Ne n 第11頁/共40頁 共振頻率附近的色散曲線和吸收曲線共振頻率附近的色散曲線和吸收曲線 第12頁/共40頁 第13頁/共40頁 第14頁/共40頁 l dl I I0 第15頁/共40頁 I= I0eK l K 為吸收系數(shù)，負號表示光強減少。求解該微分方程可得：為吸收系數(shù)，負號表示光強減少。求解該微分方程可得： 朗伯定律朗伯定律 或或 吸收定律吸收定律 其中，其中，I0 是是 l = 0 處的光強。處的光強。 實驗證明，朗伯定律相當(dāng)精確，并且也符合金屬介質(zhì)的實驗證明，朗伯定

5、律相當(dāng)精確，并且也符合金屬介質(zhì)的 吸收規(guī)律。吸收規(guī)律。 lK I I d d 第16頁/共40頁 由此，朗伯定律可表示為：由此，朗伯定律可表示為： 各種介質(zhì)的吸收系數(shù)差別很大，對于可見光，金屬的各種介質(zhì)的吸收系數(shù)差別很大，對于可見光，金屬的 K106cm-1；玻璃的；玻璃的K10-2 cm-1；而一個大氣壓下空氣的；而一個大氣壓下空氣的 K10-5 cm-1。這表明，非常薄的金屬片就能吸收掉通過它的。這表明，非常薄的金屬片就能吸收掉通過它的 全部光能，因此金屬片是不透明的，而光在空氣中傳播時，全部光能，因此金屬片是不透明的，而光在空氣中傳播時， 很少被吸收，透明度很高。很少被吸收，透明度很高。

6、 l II 4 0e 4 K 第17頁/共40頁 例如，在可見光范圍內(nèi)，一般的光學(xué)玻璃吸收較小，且例如，在可見光范圍內(nèi)，一般的光學(xué)玻璃吸收較小，且 不隨波長變化，屬一般性吸收，而有色玻璃則具有選擇性吸不隨波長變化，屬一般性吸收，而有色玻璃則具有選擇性吸 收，紅玻璃對紅光和橙光吸收少，而對綠光、藍光和紫光幾收，紅玻璃對紅光和橙光吸收少，而對綠光、藍光和紫光幾 乎全部吸收。所以當(dāng)白光射到紅玻璃上時，只有紅光能夠透乎全部吸收。所以當(dāng)白光射到紅玻璃上時，只有紅光能夠透 過，我們看到它呈紅色。如果紅玻璃用綠光照射，玻璃看起過，我們看到它呈紅色。如果紅玻璃用綠光照射，玻璃看起 來將是黑色。來將是黑色。 第

7、18頁/共40頁 表表 6-1 幾種光學(xué)材料的透光波段幾種光學(xué)材料的透光波段 光學(xué)材料光學(xué)材料 波長范圍波長范圍/nm 光學(xué)材料光學(xué)材料 波長范圍波長范圍/nm 冕牌玻璃冕牌玻璃 3502 000 螢石螢石(GaF2) 1259 500 火石玻璃火石玻璃 3802 500 巖鹽巖鹽(NaCl) 17514 500 石英玻璃石英玻璃 1804 000 氯化鉀氯化鉀(KCl) 18023 000 第19頁/共40頁 應(yīng)當(dāng)指出，盡管朗伯定律總是成立的，但比爾定律的應(yīng)當(dāng)指出，盡管朗伯定律總是成立的，但比爾定律的 成立卻是有條件的：只有在物質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受它周成立卻是有條件的：只有在物質(zhì)分子的吸收本

8、領(lǐng)不受它周 圍鄰近分子的影響時，比爾定律才正確。當(dāng)濃度很大，分圍鄰近分子的影響時，比爾定律才正確。當(dāng)濃度很大，分 子間的相互作用不可忽略時，子間的相互作用不可忽略時， 比爾定律不成立。比爾定律不成立。 比爾定律比爾定律 cl II e 0 第20頁/共40頁 第21頁/共40頁 如果氣體是由二原子或多原子分子組成的，這些狹窄的如果氣體是由二原子或多原子分子組成的，這些狹窄的 吸收線就會擴展為吸收帶。由于這種吸收帶特征決定于組成吸收線就會擴展為吸收帶。由于這種吸收帶特征決定于組成 氣體的分子，它反映了分子的特性，所以可由吸收光譜研究氣體的分子，它反映了分子的特性，所以可由吸收光譜研究 氣體分子的

9、結(jié)構(gòu)。氣體分子的結(jié)構(gòu)。 鈉蒸氣的幾個二重吸收光譜鈉蒸氣的幾個二重吸收光譜 氣體吸收的另一個特點：氣體吸收的另一個特點：吸收和氣體的壓力、溫度、密吸收和氣體的壓力、溫度、密 度有關(guān)，一般是氣體密度愈大，對光的吸收愈嚴重度有關(guān)，一般是氣體密度愈大，對光的吸收愈嚴重。 第22頁/共40頁 室溫下室溫下 YAG 晶體的吸收光譜晶體的吸收光譜 實際工作中，為了提高激光器的能量轉(zhuǎn)換效率，選擇泵實際工作中，為了提高激光器的能量轉(zhuǎn)換效率，選擇泵 浦光源的發(fā)射譜與激光工作物質(zhì)的吸收譜匹配，非常重要。浦光源的發(fā)射譜與激光工作物質(zhì)的吸收譜匹配，非常重要。 第23頁/共40頁 第24頁/共40頁 大氣吸收線大氣吸收線

10、 又如，太陽內(nèi)部發(fā)射連續(xù)光譜，由于太陽四周大氣中又如，太陽內(nèi)部發(fā)射連續(xù)光譜，由于太陽四周大氣中 的不同元素吸收不同波長的輻射，因而在連續(xù)光譜的背景上的不同元素吸收不同波長的輻射，因而在連續(xù)光譜的背景上 呈現(xiàn)出一條條黑的吸收線，如圖示。呈現(xiàn)出一條條黑的吸收線，如圖示。 第25頁/共40頁 符號符號 波長波長/nm 吸收元素吸收元素 符號符號 波長波長/nm吸收元素吸收元素 A B C D1 D2 D3 E3 759.4762.1 636.8688.4 656.282 589.592 588.995 587.552 526.954 O O H Na Na He Fe E1 F G G H K 51

11、8.362 486.133 430.791 430.774 466.273 396.849 393.368 Mg H Fe Ca Ca Ca Ca 夫朗和費首先發(fā)現(xiàn)，并以字母標志這些主要的吸收線夫朗和費首先發(fā)現(xiàn)，并以字母標志這些主要的吸收線 ，它們的波長及太陽大氣中存在的相應(yīng)吸收元素如下表。，它們的波長及太陽大氣中存在的相應(yīng)吸收元素如下表。 第26頁/共40頁 第27頁/共40頁 觀察色散的交叉棱鏡法觀察色散的交叉棱鏡法 第28頁/共40頁 對于對于 n 變化較快的區(qū)域，色散率定義為：變化較快的區(qū)域，色散率定義為： d dn 12 12 nnn 第29頁/共40頁 幾種常用的光學(xué)材料的折射率和

12、色散率幾種常用的光學(xué)材料的折射率和色散率 第30頁/共40頁 所有不帶顏色的透明介質(zhì)，在可見光區(qū)域都表現(xiàn)為正常色散所有不帶顏色的透明介質(zhì)，在可見光區(qū)域都表現(xiàn)為正常色散 。 第31頁/共40頁 幾種常用光學(xué)材料的正常色散曲線幾種常用光學(xué)材料的正常色散曲線 第32頁/共40頁 式中，式中，A、B 和和 C 是由所研究的介質(zhì)特性決定的常數(shù)。是由所研究的介質(zhì)特性決定的常數(shù)。 對于通常的光學(xué)材料，這些常數(shù)值可由手冊查到。在實對于通常的光學(xué)材料，這些常數(shù)值可由手冊查到。在實 驗上，可以利用三種不同波長測出三個驗上，可以利用三種不同波長測出三個 n 值，代入上式，然值，代入上式，然 后聯(lián)立求解三個方程，即可得到這三個常數(shù)值。后聯(lián)立求解三個方程，即可得到這三個常數(shù)值。 當(dāng)波長間隔當(dāng)波長間隔 不太大時，不太大時， 可只取上式的前兩項，可只取上式的前兩項， 42 CB An 除了色散曲線，常用實驗總結(jié)出的經(jīng)驗公式描述介質(zhì)的除了色散曲線，常用實驗總結(jié)出的經(jīng)驗公式描述介質(zhì)的 色散特性，色散特性， 1836年科希年科希(Cauchy)提出正常色散的經(jīng)驗公式：提出正常色散的經(jīng)驗公式： 第33頁/共40頁 由于由于 A、B 都為正值，所以當(dāng)都為正值，所以當(dāng) 增加時，增加時， 折射率折射率 n 和色散和色散 率率 都減小。都減小。 并且，根據(jù)色散率定義可得：并且，根據(jù)色散率定義可得： 2 B