光與物質(zhì)相互作用

1、光與物質(zhì)相互作用15.1 分子光學的基本概念分子光學的基本概念15.2 光的散射光的散射15.3 光的吸收光的吸收15.4 光的色散光的色散光與物質(zhì)相互作用15.1 分子光學的基本概念分子光學的基本概念一、一、 電偶極子模型電偶極子模型tqEF cos01帶電粒帶電粒子受力子受力 電場力電場力krF 2trFdd3 其他電荷給的彈性力其他電荷給的彈性力 電磁輻射阻尼力電磁輻射阻尼力2232dd2trmFFF tfrtrtr cosdd2dd02022 mk 0 固有頻率固有頻率m2 阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)mqEf00 tAtrcos穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解光與物質(zhì)相互作用 2220202 fA穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解220

2、2tan 感生電偶極矩感生電偶極矩 22202022cos mtEqqrp當當 0 振幅最大振幅最大 tAtrcosmqE /0光與物質(zhì)相互作用二、二、 帶電粒子分類帶電粒子分類原子核、離子原子核、離子重振子重振子 慣性大，在頻率較低慣性大，在頻率較低的紅外光中才能振動。的紅外光中才能振動。電子振子很輕電子振子很輕 在可見光照射下能振動。在可見光照射下能振動。各向同性介質(zhì)：各向同性介質(zhì)： 是常數(shù)是常數(shù)Ep0 Ep/一般電偶極矩一般電偶極矩 ： 分子的極化率分子的極化率各向異性介質(zhì)：各向異性介質(zhì)： 與外電場方向有關，是張量。與外電場方向有關，是張量。Ep、方向關系復雜。方向關系復雜。光與物質(zhì)相互

3、作用 入射光入射光(自然光自然光)/E EtieEE 0tieEp 00散射光散射光/p p SE/SE/0242224/16Irci sin 02422416Irci 200/0III 2242024/cos132 rcIiii照射照射N個分子，沿個分子，沿r方方向散射光強向散射光強NiIs 44cIs 41 sI對稀薄氣體對稀薄氣體瑞利散射瑞利散射15.2 光的散射光的散射(由于分子熱運動，瑞利散射由于分子熱運動，瑞利散射屬非相干散射屬非相干散射)藍天藍天紅太陽紅太陽散射光偏振狀態(tài)散射光偏振狀態(tài)一個偶極子一個偶極子(分子分子)產(chǎn)生產(chǎn)生的散射光強的散射光強光與物質(zhì)相互作用41 sI（1）媒質(zhì)

4、的不均勻度）媒質(zhì)的不均勻度a 的媒質(zhì)散射的媒質(zhì)散射瑞利散射瑞利散射 （2）大顆粒媒質(zhì)）大顆粒媒質(zhì)(渾濁媒質(zhì)、渾濁媒質(zhì)、煙、霧等煙、霧等)散射對波長無選擇。散射對波長無選擇。瑞利散瑞利散 射區(qū)射區(qū) a散射概率散射概率米氏散射區(qū)米氏散射區(qū)白云白云稀薄氣體的散射稀薄氣體的散射分子數(shù)密度小，無規(guī)熱運動，分子數(shù)密度小，無規(guī)熱運動，宇航員在太空看宇航員在太空看到的天空和太陽。到的天空和太陽。光與物質(zhì)相互作用（3）拉曼）拉曼散射散射 (1928年年)光源光源散射物質(zhì)散射物質(zhì)光譜儀光譜儀 1 1 01 23 32 紫伴線紫伴線 (反斯托克斯線反斯托克斯線) 更弱更弱01 紅伴線紅伴線 (斯托克斯線斯托克斯線) 弱弱 0分子的固有頻率。分子的固有頻率。 3232 、；、 分子的固有頻率不止一個，分子的固有頻率不止一個，所以拉曼光譜中還有所以拉曼光譜中還有瑞利散射瑞利散射 (強強)光與物質(zhì)相互作用15.3 光的吸收光的吸收I0Ix0 x I -dI x+dxxIIddxIIdd xIIdd xII00 xII 0lnxeII 0朗伯特定律朗伯特定律sa 真吸收真吸收散散 射射 xsaeII 0 與波長無關時稱普遍吸收，與波長無關時稱普遍吸收，() 為選擇性吸收為選擇性吸收光與物質(zhì)相互作用15.4 光的色散光的色散 n 1、任何光