[理学]物理光学41.ppt

亭达尔等最早对微粒线度不大于(1/5~1/10)λ的浑浊介质进行了大量的实验研究，研究规律叫亭达尔效应。这些规律后来被瑞利在理论上说明，所以又叫瑞利散射。 散射分类 根据散射光的波矢k和波长的变化与否，将散射分 为两大类： 一类散射是散射光波矢k发生变化，但波长不变化 另一类是散射光波矢k和波长都不发生变化 2.瑞利散射 这种散射的有瑞利散射，米氏散射和分子散射 这类散射的有喇曼散射，布里渊散射 什么是浑浊介质? 浑浊介质：指在一种介质中悬浮有另一种介质，例如含有烟、雾、水滴的大气，乳状胶液、胶状溶液等。 特点：光学不均匀性十分显著，对通过其中的光能够产生强烈的散射现象 什么是亭达尔效应? 瑞利散射的主要特点是： ①.散射光强度与入射光波长的四次方成反比，即 式中，I(θ)为相应于某一观察方向(与入射光方向成θ角)的 散射光强度 由此可以说明许多自然现象 在利用瑞利散射的特点说明自然现象之前,先搞清楚什么是白光? 先看棱 镜色散现象 × 这个现象说明了什么? 一束白光 此式说明：光波长愈短，其散射光强度愈大; 说明：白光是由红,橙,黄,绿,蓝和紫等颜色的光混合而成. 太阳光是一种白光(光谱能量分布相当于5900K的黑体辐射) 早晚的阳光斜射，穿过大气层的厚度非常厚，被大气散射掉的短波成分也就多，剩下较多的长波成分到达观察者，所以旭日和夕阳呈红色。 天空为什么呈现蓝色呢? 例如:红光(0.72μm)为紫光波长(0.4μm)的1.8倍，因此对紫光散射强度约为红光的10倍。 整个天空呈现光亮，是由于大气对太阳光的散射，如果没有大气层，白昼的天空也将是一片漆黑。 天空为什么呈现光亮? 分析几个自然现象: 结论：太阳散射光在大气层内层，蓝色的成分比红色多，从而天空呈现蓝色。 为什么正午的太阳基本上呈白色，而旭日和夕阳却呈红色? 正午太阳直射，穿过大气层厚度最小，阳光中被散掉的短波成分少，垂直到达观察者的阳光基本上呈白色或略带黄橙色。 旭日 夕阳 想一想：为什么在拍摄薄雾景色时，可在照相机物镜前加上红色滤光片? ● 两小儿笑曰：“孰为汝多知乎！” ● 孔子东游，见两小儿辩斗。问其故。 《两小儿辩日》 ● 一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。” ● 一儿以日初远，而日中时近也。 ● 一儿曰：“日初出大如车盖，及日中则如盘孟，此不为 远者小而近者大乎？” ● 一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为 近者热而远者凉乎？” ● 孔子不能决也。 用科学知识解答两小儿的问题 自然光入射时，散射光强I(θ)与(1+cos2θ)成正比。散射光强的角分布如图所示。 ②.散射光强度随观察方向变化 ③.散射光是偏振光，不论入射光是自然光还是偏振光都是这样，该偏振光的偏振度与观察方向有关。 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 分析如下： 自然光：入射的自然光分解为沿y方向和z方向的两个光振动，其振幅相等，Ay＝Az 光振动方向：带电微粒e的受迫振动方向及其辐射的球面波光振动方向，都沿着y、z方向 散射光的振动方向和振幅：任意散射光的光振动方向都与其传播方向垂直，而振幅则是e点处振幅在该散射光振动方向上的投影 z y x e 过程：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。 在垂直入射光方向的z轴和y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? e y x 研究对象：xy平面内的P点 由于系统是以入射光方向为轴旋转对称的，所以散射光强度的角分布是以入射光方向为轴的旋转面。 Ay θ θ P 散射光的偏振态？ 沿着入射光方向或逆着入射光方向散射，光为自然光? 散射光的两个光振动的振幅？A′z=Az=A0和A′y=Aycosθ =A0cosθ 散射光强度？ 散射光方向：eP与入射光方向成θ 电子论的观点: 在入射光的作用下,原子、分子作受迫振动,并辐射次波,这些次波与入射波叠加的合成波就是介质中传播的折射波。 对于光学均匀介质: 这些次波是相干的,其干涉的结果,只有沿折射光方向的合成波才加强,其余方向皆因干涉而抵消，这就是光的折射。 不均匀光学介质: 这些次波间的固定相位关系遭到破坏,合成波沿折射方向相长干涉的效果也遭到破坏,在其它方向上也会有光传播，这就是散射。 关于退偏振 瑞利从电子论的观点对散射现象做了理论分析 ●退偏振定义 ●退偏振度表达式 ●讨论退偏振的意义：退偏振度与分子性质有关；可判