高等光学cxr__第13讲讲述.ppt

表面上看起来是纯净均匀的介质，由于分子的热运动使分子密度有涨落而引起的散射，称为分子散射。分子散射也满足瑞利散射定律。 为何正午的太阳基本上呈白色,而旭日和夕阳却呈红色? 正午的太阳 地球 大气层 散射 正午太阳直射,穿过大气层厚度最小, 阳光中被散射掉的短波成分不太多, 因此基本上呈白色或略带黄橙色。 早晚的阳光斜射,穿过大气层的厚度比正午时厚得多,大气散射掉 的短波成分,透过长波成分，所以旭日和夕阳呈红色。 太阳散射光在大气层内层,蓝色的成分比红色多,使天空呈蔚蓝色。 因为红光透过散射物的穿透能力比蓝光强，因此通常情况下，危险信号灯、交通禁行灯等采用红色，使有关人员在能见度低的情况下，能尽早发现采取措施。 红光透过散射物的穿透力比蓝光强，所以在拍摄薄雾景色时，可在 照相机物镜前加上红色滤光片以获得更清晰的照片。 红外线穿透力比可见光强，常被用于远距离照相或遥感技术。 散射光强随散射方向变化的关系 散射光强的角分布为： 各向同性介质，偏振度为： 瑞利散射光的光强度角分布和偏振特性起因于散射光是横电磁波。 图中的入射光可分解为沿 y 方向和 z 方向的两个光振动，其振幅相等，Ay＝Az＝A0。 自然光沿 x 方向入射到介质的带电微粒 e 上，使其作受迫振动。 ? x z y P e 假设考察位于 xey 面内的 P 点，散射光方向 eP与入射光方向成? 角，则其两个光振动分量的振幅分别为 A?z＝Az＝A0 和 A?y＝Aycos?＝A0cos?。 x y P ? Ay Ay? ? ? x z y P e 由于散射光两个振动分量的大小与散射方向有关,所以散射光的偏振态随散射方向不同而异。 沿着入射光方向或逆着入射光方向，散射光为自然光；在垂直入射光方向的 y 轴和 z 轴上，散射光为线偏振光；其余方向上的散射光，均为部分偏振光。 ? x z y P e 散射光的偏振情况为： 当自然光入射时，散射光一般为部分偏振光，但在垂直入射光方向上的散射光是线偏振光； 当线偏振光入射时，各方向的散射光都是线偏振光 三、米氏散射 定义： 又称为大粒子散射，其散射微粒的直径与入射的光波 波长接近甚至更大。 特点： a、散射光强与偏振特性随散射粒子的尺寸变化； b、散射光强随波长的变化规律与波长的较低幂次成反比； c、散射光的偏振度随d/λ的增加而减小； d、散射光强度的角分布随d/λ而变，前向强，后向弱。 米氏散射解释自然现象： A、蓝天白云 B、雾是白色的 米氏散射光强的角分布图 米（G.Mie)和德拜(P. Debye)以球形质点为模型计算了电磁波的散射。 米－德拜的计算表明，当球半径满足下列条件时，瑞利散射定律才正确 当a较大时，散射强度与波长的依赖关系就不明显了，米－德拜的计算结果如图。 当入射光的波长大于十分之一时，散射光的强度与波长的依赖关系不明显。因此散射光的颜色与入射光相近，白光入射将观察到白色的散射光。 这就是云雾呈白色的缘故。 例如，点燃的香烟冒出蓝色的烟，但从口中吐出的烟却是白色的。Why？ 这是因为组成烟的微小颗粒蓝光散射强烈——瑞利散射；而从口中吐出的烟，由于凝聚了水蒸气在其上，颗粒变大——属于米氏散射，故呈现白色。 当光通过介质时，不仅介质的吸收使透射光强减弱，由于光的散射也使使射入介质的光强按指数形式衰减，因此，穿过厚度为l 的介质透射光强为： ?为吸收系数，?为散射系数，?+?就称为衰减系数。在很多情况下，?和?中一个往往比另一个小很多，因而可以忽略。 印度的喇曼在实验中发现，从某些纯净的有机液体中散射出来的微弱光中，含有入射光中并不存在的波长。1928年3月，喇曼在南印度科学协会的大会上公布了这一发现，1930年获诺贝尔物理奖。 差不多与此同时，前苏联物理学家曼杰利斯塔姆等人，在研究光在晶体上发生的散射光光谱时，也独立地发现了这种散射现象，他们把它称为联合散射。意思是说，这是光波和分子内的原子联合行动所造成的散射。 四、非线性散射——喇曼散射和布里渊散射 拉曼散射实验装置 氢的拉曼光谱 液体，晶体，入射光 ? 0 ，散射光 ，除了有 ? 0的以外，还有： 斯托克斯线 (stokes) 反斯托克斯线 (anti-stokes) 各 ? i 与 ? 0 无关，只由散射物质决定， ? i 是样品在红外的一条谱线的频率。 有分子振动参与的光散射过程，是研究分子结构、测量大气污染的一种重要工具。 设入射电场为： 分子因电场作用的感应电偶极矩： 极化率为： 电偶极矩为： 拉曼散射理论解释 散射光的频率也有三种。频率为υo的谱线称为瑞利散射； 频率为υo-υ的谱线称为拉曼红伴线，又称为斯托克斯线； 频率为υo+υ的谱线称为拉曼紫伴线，又称为反斯托克斯线。