第八章光的吸收、色散和散射概述.ppt

* 第八章 光的吸收、色散和散射 §1 光的吸收 1．定义： 光强度随穿进介质 深度减弱的现象， 光吸收包含真吸收 和散射两部分。 2．光吸收的线性规律 1）光路 ：吸收系数， ， 2）布格尔定律（朗伯定律） 3）吸收系数的物理意义 令： ， 结论： 的量纲是长度的倒数， 是光强减少到 时穿过的厚度 4）布格尔定律成立的条件 入射光强不太大， 确保与电磁场和光强无关。 5）比尔定律 若 ， ：溶液浓度， 3．复数折射率及其意义 ,令 为复数折射率 是随距离 衰减的平面波的波动方程 ：称为衰减指数， 与 比较 得： 电磁波的衰减因介质的吸收而产生 4．光的吸收与波长的关系 1）普遍吸收与选择吸收 （1）普遍吸收：吸收系数 与波长无关， 入射光从介质透射或反射后只改变 强度不改变颜色。空气、纯水， 无色玻璃等介质都在可见光范围内 产生普遍吸收。 （2）选择吸收：吸收系数 与波长有关，白 光从介质透射或反射后变为彩色光。绝 大部分物体呈现颜色，都是表面或体内 选择吸收的结果。 （4）臭氧强烈吸收波长短于 的紫外光。 大气尤其是水蒸气强烈吸收红外辐射， 只在某些称为“大气的窗口”的狭窄 波段内透明。 （3）对所有电磁波普遍吸收的介质是不存在的。 对可见光普遍吸收的物质，往往对红外 或紫外光选择吸收。 （5）石英透光区： 冕牌玻璃透光区： 2）吸收光谱和发射光谱 （1）吸收光谱：具有连续谱的光通过吸收物质 后形成的光谱，在连续谱背景上出现了一 些暗线和暗带。前者称为线状谱，后者 称为带状谱。 （2）发射光谱：物质发光时产生的光谱。吸收光 谱的暗线和发射光谱的亮线位置一一对应。 （3）特征光谱（标识谱线）：由原子独有的能级 结构生成的特有的吸收谱线 （4）光谱分析法：利用特征谱线检测物质中含有 何种元素成分的方法。 §2 光的色散 1．色散概念 1）定义： 介质折射率随光的频率或波长变化的现象 2）色散曲线： 介质折射率随波长变化的函数关系 例如： 3）色散率： 介质折射率随波长的变化率 2．正常色散 1）正常色散 特点 （1） 和 随波长增大单调下降 （2） 一定时， 愈大， 也愈大。 （3）在可见光波段， 变化缓慢； 在紫外区， 变化剧烈。 （4）各曲线之间没有简单的几何相似性 2）正常色散定义： 折射率随波长增大单调下降 即色散率小于零 （1） 是真空中的波长 3）正常色散的经验公式 注意： （2）常量 由介质性质决定 （3） 变化不大时只取前两项 （4） 4）牛顿正交棱镜色散实验装置 3．反常色散 1）反常色散定义：折射率随波长增大而增大 即色散率大于零 2）反常色散实验 3）反常色散特点 （1）物质在某波长区域有反常色散时， 在该区也有强烈吸收。 （2）在吸收带范围内存在反常色散， 在吸收带以外存在正常色散。 折射率法（ ）测得： 第八章 光的吸收、色散和散射 §3 群速 1．群速问题的引出 1860～1862年间测定 折射率时 速度法（ ）测得： 两者差异很大，并非实验误差所致。 瑞利找到了原因，提出了光的相速和群速概念。 2 、相速和群速 1）相速定义：等相面的传播速度 2）相速的公式 由 (常数) ，得： 即： 3）两列单色波迭加后的波包的群速 令： 设： 有： 这是一列振幅受到低频调制的高频波列 由等相面方程： 是“波包”的群速 它相当于“波包”的相速 由等幅面方程： 可以得到低频包络的传播速度： 4）频率连续分布的多列单色波叠加的波包的群速 将频率连续分布的多列单色波叠加： 对于准单色波列，频谱范围 很小 可取 ，令 将 作泰勒展开，只保留前两项 群速