物理光学精要.ppt

* 米耶散射(Mie scattering) ，其散射微粒的线度与入射的光波波长接近甚至更大（如云雾中小水滴）， 将散射粒子看作是导电小球，它们在光波电场中发生极化而向外辐射电磁波。 瑞利散射的各散射粒子是独立的，各粒子的偶极子辐射是不相干的，散射射光强为非相干叠加，称为非相干散射。 当各分子之间平均距离比波长小时，辐射波是相干的，与入射波相加导致光在介质中的传播速度的变化，形成光的色散，称为相干散射。 散射点(元) 散射体 * * 吸烟时，从点燃着的烟头冒出的烟是蓝色的（瑞利散射），而从嘴里吐出的却是白色的（米氏散射） 蓝天中飘浮着白云，是因为组成白云的小水滴和冰晶粒子直径大于可见光波长，可见光在小水滴和冰晶粒子上产生的散射属于米耶散射，其散射光强与光波长关系不大，所以云呈现白色。雾是白色的也是因为米耶散射的缘故。米耶散射理论在大气光学中有重要应用，例如，研究大气中雾滴分布是人工降雨的理论依据。 米氏散射的特点：散射光强不是与波长的四次方成反比，而是与波长的较低幂次成反比。因此，云雾对太阳光的散射光呈白色而不是蓝色。 利用米耶散射也可以解释许多自然现象。例如，蓝天中飘浮着白云，是因为组成白云的小水滴和冰晶粒子直径大于可见光波长，可见光在小水滴和冰晶粒子上产生的散射属于米耶散射，其散射光强与光波长关系不大，所以云呈现白色。雾是白色的也是因为米耶散射的缘故。米耶散射理论在大气光学中有重要应用，例如，研究大气中雾滴分布是人工降雨的理论依据。 * 1928年印度物理学家 在光的散射过程中，如果分子的状态也发生改变，则入射光与分子交换能量的结果可以导致散射光的频率发生改变。在散射光谱中除了与入射光原有角频率?0相同的瑞利散射线外，谱线两侧还有角频率为, 等的散射线。拉曼散射的强度极小，约为瑞利散射的千分之一。 在苯、甲苯、水及其他多种介质中观察到一种频率发生改变的散射现象　频率差值与入射光频率无关。 * 在分子系统中，波数与入射光的波数无关，基本上落在与分子的转动能级、振动能级和电子能级之间的跃迁相联系的范围内。散射辐射的强度和偏振状态依赖于观测方向。通常把这类散射称为喇曼散射，也有人称之为联合散射。 * 在分子系统中，波数与入射光的波数无关，基本上落在与分子的转动能级、振动能级和电子能级之间的跃迁相联系的范围内。散射辐射的强度和偏振状态依赖于观测方向。通常把这类散射称为喇曼散射，也有人称之为联合散射。 1、共振拉曼散射（resonance Raman scattering）：当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物的电子吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合，使某些拉曼谱线的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉曼散射。 　　共振拉曼光谱是激发拉曼光谱中较活跃的一个领域，原因在于：（1）拉曼谱线强度显著增加，提高了检测的灵敏度，适合于稀溶液的研究，这对于浓度小的自由基和生物材料的考察特别有用；（2）可用于研究生物大分子中的某一部分，因为共振拉曼增强了那些拉曼谱线是属于产生电子吸收的集团，其他部分可能因为激光的吸收而被减弱；（3）从共振拉曼的退偏振度的测量中，可以得到正常拉曼光谱中得不到的分子对称性的信息。 　　2、表面增强拉曼散射（SERS，surface-enhanced Raman scattering）：当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时，它们的拉曼谱线强度会得到极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为表面增强拉曼散射效应。 * 电子论的观点　非线性极化（极化率不是常量） * 2，实验规律： 1 ) 在每条角频率为?0的入射光谱线的两旁，都伴有角频率为的散射谱线。在长波一侧的角频率为的谱线，称为红伴线或斯托克斯线；在短波一侧的角频率为的谱线，称为紫伴线或反斯托克斯线。 2 ) 角频率差的数值与入射光角频率?0无关。 3 ) 每种散射物质都有各自的一套角频率差，其中有些与物质的红外吸收角频率相等，表征散射物质的分子振动频率。 * 从跃迁概率可以解释：斯托克斯线的低能级较反斯托克斯线的低能级低，根据玻尔兹曼分布，处于低能量上的粒子数多，因而跃迁概率大 * 跃迁过程的能量守恒和动量守恒决定了散射光的波长和方向。 从跃迁概率可以解释：斯托克斯线的低能级较反斯托克斯线的低能级低，根据玻尔兹曼分布，处于低能量上的粒子数多，因而跃迁概率大 从光子的能量中吸收一个声子能量　散射光能量降低　对应斯托克斯线 散射分子释放一个声子能量，散射光能量提高，对应反斯托克斯线。 * * * 分子光谱属子红外波段，一般都采用红外吸收法进行研究。而利用喇曼散射法的优点是将分子光谱转移到可见光范围进行观察、研究，与红外吸收法相比，有设备简单及可用可见光作光源等优点，已成为分子光谱学的重要部分，并可与红外吸收法