第六章節(jié)光吸收散射和色散

1、第六章節(jié)光吸收散射和色散主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容6.1 6.1 電偶極輻射對反射、折射現(xiàn)象的解釋電偶極輻射對反射、折射現(xiàn)象的解釋6.2 6.2 光的吸收光的吸收6.3 6.3 光的散射光的散射6.4 6.4 光的色散光的色散6.5 6.5 色散的經(jīng)典理論色散的經(jīng)典理論6.1 電偶極輻射對反射、折射現(xiàn)象的解釋1 1、電偶極子模型（理想模型）、電偶極子模型（理想模型） 用一組簡諧振子來代替實(shí)際物質(zhì)的分子，每一振子可認(rèn)為是一個電偶極子，由兩個電量相等，符號相反的帶電粒子組成，電偶極子之間有準(zhǔn)彈性力作用，能作簡諧振動。 兩種振子：兩種振子： 電子振子：電子振子：核假定不參加運(yùn)動，準(zhǔn)彈力的中心。 分子振子

2、：分子振子：質(zhì)量較大的一個粒子可認(rèn)為不參加運(yùn)動電偶極子模型22242202sin321CRAeEcISo2 2、電偶極輻射對反射和折射現(xiàn)象的初步解釋、電偶極輻射對反射和折射現(xiàn)象的初步解釋解釋1：各向同性均勻物質(zhì)中的直線傳播解釋2：反射與折射解釋3：布儒斯特定律6.2 光的吸收一般吸收：吸收很少，并且在某一給定波段內(nèi)幾乎是不變的；可見光（石英）選擇吸收：吸收很多，并且隨波長而劇烈地變化。紅外光（3.55.0m） （石英） 任一物質(zhì)對光的吸收都由這兩種吸收組成。一、朗一、朗 伯伯 定定 律律 光通過物質(zhì)時光通過物質(zhì)時,光波中振動著的電矢量，將使物質(zhì)中光波中振動著的電矢量，將使物質(zhì)中的帶電粒子作受迫

3、振動，光的部分能量將用來提供這種受的帶電粒子作受迫振動，光的部分能量將用來提供這種受迫振動所需要的能量。這些帶電粒子如果與其它原子或分迫振動所需要的能量。這些帶電粒子如果與其它原子或分子發(fā)生碰撞，振動能量就會轉(zhuǎn)變?yōu)槠絼觿幽埽瑥亩狗肿幼影l(fā)生碰撞，振動能量就會轉(zhuǎn)變?yōu)槠絼觿幽?，從而使分子熱運(yùn)動能量增加，物體發(fā)熱。熱運(yùn)動能量增加，物體發(fā)熱。 光的部分能量被組成物質(zhì)的微觀粒子吸取后轉(zhuǎn)化為光的部分能量被組成物質(zhì)的微觀粒子吸取后轉(zhuǎn)化為熱能，從而使光的強(qiáng)度隨著穿進(jìn)物質(zhì)的深度而減小的現(xiàn)象熱能，從而使光的強(qiáng)度隨著穿進(jìn)物質(zhì)的深度而減小的現(xiàn)象，稱為光的吸收，稱為光的吸收(absorption)。稱為布格定律（稱為布

4、格定律（Bouguer law）或朗伯定律。該定律是布格（）或朗伯定律。該定律是布格（P.Bouguer，16981758）在）在1729年發(fā)現(xiàn)的，后來朗伯（年發(fā)現(xiàn)的，后來朗伯（J.H.Lambert，17281777）在）在1760年又重新作了表述。年又重新作了表述。AcleII0比爾定律稀溶液中,有dxIdIaIIlaaxIdI 0 0 laeII0二、吸二、吸 收收 光光 譜譜 連續(xù)光譜通過選擇吸收的介質(zhì)后，用用光計可看出，某些線段或某些波長的光被吸收吸收光譜。 下圖為鈉蒸汽的吸收光譜6.3 6.3 光的散射光的散射定義：當(dāng)光通過光學(xué)性質(zhì)不均勻的物質(zhì)時，從側(cè)向都可以看到光的現(xiàn)象叫光的散射

5、。 分類：規(guī)律：lleIeIIsa0)(0:a衰減系數(shù) :s散射系數(shù) 布里淵散射受激拉曼散射自發(fā)拉曼散射拉曼散射非線性ll米氏散射：線度瑞利散射：線度線性10/一、非均勻介質(zhì)中的散射光學(xué)性質(zhì)的不均勻： （1）均勻物質(zhì)中散布著折射率與它不同的大量微粒 （2）物質(zhì)本身的組成部分（粒子）不規(guī)律的聚集 例：塵埃、煙、霧、懸浮液、乳狀液、毛玻璃等。 特征： 雜質(zhì)微粒的線度小于光波長，相互間距大于波長，排列毫無規(guī)則， 在光照下的振動無固定位相關(guān)系，任何點(diǎn)可看到它們發(fā)出次波的 迭加，不相消，形成散射光。二、散射和反射，漫射和衍射的區(qū)別 1.散射與直射、反射及折射的區(qū)別：“次波”發(fā)射中心排列的不同,散射時無規(guī)

6、則，而后者有規(guī)則。 2.散射與漫反射的區(qū)別：次波中心的排列仍有某些不同的方向性 3.散射與衍射的區(qū)別： 衍射：因個別的不均勻區(qū)域（孔、縫、小障礙等）所形成的，不均勻區(qū)域范圍大小 。 散射：大量排列不規(guī)則的非均勻小“區(qū)域”的集合所形成的，非均勻小區(qū)域的線度 。三、瑞利散射 1.瑞利散射： 的微粒對入射光的散射現(xiàn)象。 2.瑞利定律：散射光強(qiáng)度與波長的四次方成反比， 即： 為光源中強(qiáng)度按波長的分布函數(shù) 3.應(yīng)用：紅光散射弱、穿透力強(qiáng) （信號旗、信號燈） 紅外線（遙感等） l4)(fI)(f四、散射光的偏振四、散射光的偏振 從正側(cè)面：平面偏振光從斜側(cè)（側(cè)C）：部分偏振光 X 軸：自然光各向同性介質(zhì)：入

7、射光為自然光各向異性介質(zhì)：入射光為線偏振光偏振度： xyxyIIIIP側(cè)向：部分偏振光退偏振度： p1五、散射光強(qiáng)度 散射光強(qiáng)度相對入射光傳播方向是對稱的，對于垂直于入射光束的方向也是對稱的。 入射光為自然光，則在C（在XOZ平面內(nèi)）方向觀察 其中： )cos1 (20IIIIzy0IIy20cosIIZ六、分子散射六、分子散射定義：由于物質(zhì)分子密度的漲落而引起的散射叫分子散射。 晴朗的天空呈淺藍(lán)色清晨日出或傍晚日落時，太陽呈紅色白晝的天空是亮的6.4 光的色散1 1、色散的特點(diǎn)：、色散的特點(diǎn)： (1)可用角色散率 表示. (2)棱鏡折射而成的色散光譜是非勻排的 (3)光柵產(chǎn)生的衍射光譜是勻排

8、的。 (4)同一種物質(zhì)在不同波長區(qū)的角色散率有不同的值： 如棱鏡的角色散率為 要研究色散，重要的是找 在各波長區(qū)的值，或者找出n=f（）的函數(shù)形式ddD ddnAnAD 2sin12sin222ddn顯示色散最清楚的方法2 2、正交棱鏡觀察法、正交棱鏡觀察法3 3、正常色散與反常色散、正常色散與反常色散(1). (1). 正常色散正常色散: :波長越短折射率越大的色散。波長越短折射率越大的色散。 柯西方程：經(jīng)驗(yàn)公式，a、b、c為常數(shù)。 一般： 色散曲線的特點(diǎn)： 波長越短，折射率越大； 波長越短， 越大，角色散率也越大； 在波長一定時，不同物質(zhì)的折射率越大, 也越大； 不同物質(zhì)的色散曲線沒有簡單的相似關(guān)系.42cban.2dd,32bnbanddnddn(2). (2). 反常色散：波長越短，折射率越小的色散反常色散：波長越短，折射率越小的色散. . 孔脫定律：反常色散總是與光的吸收有密切聯(lián)系。 “反?！鄙?shí)際上也是很普遍的，“反?！辈⒉环闯?，“反?！鄙⒑?“正?！鄙H是歷史上的名詞。6 .5、色散的經(jīng)典理論 設(shè) 不是恒量，而是隨著頻率變化，那么仍