第六章 光的吸收、散射和色散2

第六章光的吸收、散射和色散主要内容6.1电偶极辐射对反射、折射现象的解释6.2光的吸收6.3光的散射6.4光的色散6.5色散的经典理论6.1电偶极辐射对反射、折射现象的解释1、电偶极子模型（理想模型）用一组简谐振子来代替实际物质的分子，每一振子可认为是一个电偶极子，由两个电量相等，符号相反的带电粒子组成，电偶极子之间有准弹性力作用，能作简谐振动。两种振子：电子振子：核假定不参加运动，准弹力的中心。分子振子：质量较大的一个粒子可认为不参加运动电偶极子模型22242202sin321CRAeEcISo2、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释解释1：各向同性均匀物质中的直线传播解释2：反射与折射解释3：布儒斯特定律6.2光的吸收一般吸收：吸收很少，并且在某一给定波段内几乎是不变的；——可见光（石英）选择吸收：吸收很多，并且随波长而剧烈地变化。——红外光（3.5～5.0µm）任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。一、朗伯定律•光矢量→带电粒子受迫振动→为光矢提供的→粒子与其它原子或分子碰撞→振能→平动能→物体发热→光能变热能dxIdIaIIlaaxIdI00AcleII0比尔定律laeII0稀溶液中,有二、吸收光谱•连续光通过选择吸收的介质后，用用光计可看出，某些线段或某些波长的光被吸收——吸收光谱。下图为纳蒸汽的吸收光谱6.3光的散射定义：当光通过光学性质不均匀的物质时，从侧向都可以看到光的现象叫光的散射。分类：规律：lleIeIIsa0)(0:a衰减系数:s散射系数布里渊散射受激拉曼散射自发拉曼散射拉曼散射非线性ll米氏散射：线度瑞利散射：线度线性10/一、非均匀介质中的散射光学性质的不均匀：（1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒（2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等。特征：杂质微粒的线度小于光波长，相互间距大于波长，排列毫无规则，在光照下的振动无固定位相关系，任何点可看到它们发出次波的迭加，不相消，形成散射光。二、散射和反射，漫射和衍射的区别1.散射与直射、反射及折射的区别：“次波”发射中心排列的不同,散射时无规则，而后者有规则。2.散射与漫反射的区别：次波中心的排列仍有某些不同的方向性3.散射与衍射的区别：衍射：因个别的不均匀区域（孔、缝、小障碍等）所形成的，不均匀区域范围大小≈。散射：大量排列不规则的非均匀小“区域”的集合所形成的，非均匀小区域的线度。三、瑞利散射1.瑞利散射：的微粒对入射光的散射现象。2.瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，即：为光源中强度按波长的分布函数3.应用：红光散射弱、穿透力强（信号旗、信号灯）→红外线（遥感等）l4)(fI)(f四、散射光的偏振从正侧面：平面偏振光从斜侧（侧C）：部分偏振光X轴：自然光各向同性介质：入射光为自然光各向异性介质：入射光为线偏振光偏振度：xyxyIIIIP侧向：部分偏振光退偏振度：p1五、散射光强度散射光强度相对入射光传播方向是对称的，对于垂直于入射光束的方向也是对称的。入射光为自然光，则在C（在XOZ平面内）方向观察其中：)cos1(20IIIIzy0IIy20cosIIZ六、分子散射定义：由于物质分子密度的涨落而引起的散射叫分子散射。晴朗的天空呈浅蓝色清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色白昼的天空是亮的6.4光的色散1、色散的特点：(1)可用角色散率表示.(2)棱镜折射而成的色散光谱是非匀排的(3)光栅产生的衍射光谱是匀排的。(4)同一种物质在不同波长区的角色散率有不同的值：如棱镜的角色散率为要研究色散，重要的是找在各波长区的值，或者找出n=f（λ）的函数形式ddDddnAnAD2sin12sin222ddn——显示色散最清楚的方法2、正交棱镜观察法3、正常色散与反常色散1.正常色散:波长越短折射率越大的色散。•柯西方程：•经验公式，a、b、c为常数。一般：•色散曲线的特点：①波长越短，折射率越大；②波长越短，越大，角色散率也越大；③在波长一定时，不同物质的折射率越大,也越大；④不同物质的色散曲线没有简单的相似关系.42cban.2dd,32bnbanddnddn2.反常色散：波长越短，折射率越小的色散.孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。“反常”色散实际上也是很普遍的，“反常”并不反常，“反常”色散和“正常”色散仅是历史上的名词。6.5、色散的经典理论设不是恒量，而是随着频率变化，那么仍可由麦氏关系来推得色散方程rnr)(fn由洛伦兹的经典电子论，得到电磁场频与介电常数的关系，由此得到与折射率的关系，解决了麦克斯韦理论的最初困难,阐明了色散现象。利用电偶极子模型EPxEXPr0011424232212182cbaMNMNMn最后可得到即柯希公式