光的散射

1§4光的散射一、散射与媒质不均匀性尺度的关系1、散射的基本概念光在媒质中传播的过程中，不完全沿着原来的方向传播，沿着四面八方或多或少都有光线存在的现象，称为光的散射。22、媒质的均匀性与不均匀性均匀性是指媒质沿着各个方向，各个位置的密度分布是一样的，不均匀性是指媒质中不同的位置密度分布是不一样的。媒质的均匀性和不均匀性是一个相对的概念，涉及到其观测的尺度的水平。从微观的角度考虑，没有任何物质是均匀的，甚至连分子和原子内部也一样，这里的均匀性与不均匀性是以光波波长为尺度来衡量的（10-5㎝水平上）。33、散射与衍射、反射和折射之间的关系①惠更斯次波源假说；②散射的次波波源是真实存在的——分子中的电子作受迫振动，发出相干光；③均匀媒质中，次波相干迭加的结果只剩下遵循几何光学规律的光线，沿其余方向的振动完全抵消；④非均匀媒质中，次波相干迭加的结果，除了按几何光学规律传播的光线外，其它方向或多或少也有光线存在——散射光。44、散射的分类①悬浮质点的散射：如胶体、乳浊液、含有烟、雾、灰尘的大气中的散射；②分子散射：分子热运动造成涨落很大，光线照射到其上，会发生强烈的分子散射——临界乳光。5二、瑞利散射定律1、瑞利散射定律：散射体的尺度比光波波长小的时候，散射光的强度与λ4成反比。2、米-德拜理论：以球形质点模型（半径为a）则当ka＜0.3时，瑞利的λ4反比律是正确的；当较大ka时，散射光强度与波长的依赖关系就不十分明显。其中:k=2π/λ673、为什么天空是蓝的、旭日和夕阳是红的、而白云是白的？结合瑞利λ4反比散射定律与德拜理论进行解释。8月全食及红月亮的形成910111213•中科院紫金山天文台研究员王思潮解释，“红月亮”归功于暗红色的光，其实就是照射到月面上的太阳光。在地球周围有层像薄纱似的透明度较好的大气层，阳光从地球侧面的大气中穿行时，是先从空间进入大气层，然后，又由大气层进入空间，这样就产生了两次折射，结果和光线透过凸透镜相仿，有点向内弯，向地心方向偏折的聚合光线就照到月亮上去了。•王思潮进一步解释，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各种颜色的光线混合成的。当太阳光经过地球上的大气层被折射到地球背后影子里去的时候，它们都受到大气层中极其微小的大气分子的散射和吸收。像黄、绿、蓝、靛、紫等色的光波比较短，在大气中受到的散射影响比较大，它们大部分都向四面八方散射掉了；红色的光线波长比较长，受到散射的影响不大，可以通过大气层穿透出去,折射到躲在地球影子后面的月亮上。所以，在月全食时，公众看到的月亮是暗红色的，即所谓的“红月亮”。•王思潮表示，虽然不如日全食时天空一片漆黑那么壮观，但月全食时，“红月亮”也是非常美妙的场景，非常值得观测。14三、喇曼散射1、瑞利散射不改变原入射光的频率，在液体和晶体内的散射时，发现散射光中除了与入射光原有频率ω0相同的瑞利散射线外，普线两侧还有频率为ω0±ω1、ω0±ω2、…等散射线存在，这种现象称为喇曼散射。2、喇曼光谱（1）在每条原始入射谱线（频率ω0）两旁都伴有频率差相等的散射谱线，在长波一侧的（频率为ω0－ωj）称为红伴线或斯托克斯线，在短波一侧的（频率为ω0＋ωj）称为紫伴线或反斯托克斯线。15（2）频率差ωj与入射光的频率ω0无关，它们与散射物质的红外吸收频率对应，表征了散射物质的分子振动频率。（3）喇曼光谱可以用经典理论作出初步解释，入射光场作用下分子获得感应电偶极矩，其发生振荡(ωj)，从而产生伴线。但其很不完善，要用量子理论才能完全解释。p=αε0Eα=α0+αjcosωjtE=E0cosω0tp=α0ε0E0cosω0t+αjε0E0cosωjtcosω0t=α0ε0E0cosω0t+(αjε0E0/2)[cos(ω0－ωj)t＋cos(ω0+ωj)t]即：感应电偶极矩的变化频率有ω0、ω0±ωj、三种，后两种正是喇曼光谱中的伴线。16（4）喇曼散射的应用能迅速测定分子的固有频率，判断分子的对称性，分子内部的力的大小及一般有关分子动力学的性质。分子光谱本在红外波段，喇曼效应把它转到可见光和紫外波段来研究，它已成为分子光谱学中红外吸收方法的一个重要补充，是光谱学中的一个分支。