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第1章光谱学基础 线型函数 分布在某一频率附近单位频率间隔内的辐射功率与整个频率范围内的辐射总功率之比。用于表示谱线的形状。 一、自然线宽 (natural lifetime broadening) 自然线宽是由于原子分子激发态自发辐射寿命所引起的，属均匀加宽。 ΔE=ΔEi+ΔEk. ΔEi ΔEk 洛伦兹线型函数(Lorentzian profile ) 写成 则 辐射总强度 * 电磁辐射； 基本光学过程及现象 ； 能级跃迁与Einstein的辐射理论 ； 谱线宽度与线型。 第一节 电磁辐射 电磁波及波粒二象性 波动性：λ，ν，k， 单色平面电磁波 ： 电磁波的强度: 粒子性——光子：E，p，m， 电磁波谱 第二节 基本物理过程及现象 反射，传播和透射。 光学过程 传播中发生的现象（线性） Refraction(折射)：光强不变 Absorption(吸收)：影响透射光强 Luminescence(发光)：与入射光频率不同，各个方向；无辐射跃迁；发光效率 Scattering(散射)：总光子数不变，方向和频率(也许)改变(弹性散射和非弹性散射)。影响透射光强。 Absorption E2 E1 e h? I = Io e -? z Beer’s law I — 光强（Intensity）, J/m2.s ? — 吸收系数Absorption Coefficient , cm-1 吸收光谱：I ～λ 一、光学过程的分类 Emission E2 E1 e h? 发射光谱 荧光光谱 磷光光谱 1、分子散射： （1）、瑞利散射：可用经典受迫振动解释 （2）、拉曼散射： 2、晶体中的电子散射： （1）、相干散射（汤姆孙散射） （2）、非相干散射（康普顿散射） 3、晶体中的声子散射： 晶格振动的拉曼散射 Scattering：根据散射基元不同，可分为 二、光谱的分类 按照电磁辐射与物质相互作用的不同过程，光谱分为吸收光谱、发射光谱与散射光谱(拉曼散射谱)。 按发生作用的物质微粒不同可分为原子光谱、分子光谱、固体光谱等 按照波长范围(谱域)不同又可分为红外、紫外、可见光谱，X射线谱等。 按照强度对波长的分布特点可分为线光谱、带光谱和连续光谱三类。 例如、原子光谱和分子光谱的区别 光激发（光致发光） 紫外线、可见光（分子磷光） 分子能级 分子 分子磷光光谱 光激发（光致发光） 紫外线、可见光（分子荧光） 分子能级 分子 分子荧光光谱 光激发（光致发光），自由原子 紫外线、可见光 价电子能级跃迁（高能级到低能级） 原子（外层电子） 原子荧光光谱 自由原子 紫外线、可见光（原子荧光） 价电子能级跃迁（高能级到低能级） 原子（外层电子） 原子发射光谱 光激发（光致发光） 二次X射线（荧光） 电子能级跃迁（光子激发出内层电子，外层电子向空位跃迁） 原子中电子 X射线荧光光谱 发射光谱 射频 原子核磁能级跃迁 原子核 核磁共振波谱 微波 电子自旋能级（磁能级）跃迁 原子（未成对电子） 顺磁共振波谱 红外线 分子振动能级跃迁（低能级到高能级） 分子 红外吸收光谱 紫外线、可见光 分子电子能级跃迁（低能级到高能级） 分子（外层电子） 紫外、可见吸收光谱 自由（气态）原子 紫外线、可见光 价电子能级跃迁（低能级到高能级） 原子（外层电子） 原子吸收光谱 Z10的重元素，自由（气态）原子 X射线 电子能级跃迁（低能级到高能级） 原子（内层电子） X射线吸收谱 γ射线 原子核能级 原子核 穆斯堡尔谱 吸收光谱 备注 吸收或发射辐射种类 能级跃迁类型 作用物质 光谱（分类）名称 对于光在耗散介质中传播的实验规律， 三、光学常数 引进以下参数进行描述 A + R + T = 1 ，能量守恒律 A —吸收率（ Absorptance） R — 反射率（Reflectance） T — 透射率（Transmittance） I = Io e -? z , 固体对光的吸收律，Beer’s law I — 光强（Intensity）, J/m2.s ? — 吸收系数Absorption Coefficient , cm-1 光学常数: (n,?); (?r, ?i) ; (?r ,?i) ; 基本光学常数： 其他光学常数： 都与n，k有关。 光学常数的频率依赖性叫做色散关系。 对实验规律的解释，引进一系列复光学常数，用于描述介质的宏观光学性质。 光学常数的频率依赖性叫做色散关系。 四、经典理论解释光学常数的色散 用经典模型来说明吸收和色散关系。 1、洛伦兹色散理论： 基于阻尼谐振子近似,适用于绝缘体和半导体。 在一级近似下，光与物质的相互作用，也就是固体对光的响应可以看成阻尼谐振子体系在入射光作用下的受迫振