光的吸收色散和散射 赣南师范大学.ppt

§4 光的散射 一、散射与媒质不均匀性尺度的关系 1、散射的基本概念 光在媒质中传播的过程中，不完全沿着原来的方向传播，沿着四面八方或多或少都有光线存在的现象，称为光的散射。 2、媒质的均匀性与不均匀性 均匀性是指媒质沿着各个方向，各个位置的密度分布是一样的，不均匀性是指媒质中不同的位置密度分布是不一样的。 媒质的均匀性和不均匀性是一个相对的概念，涉及到其观测的尺度的水平。从微观的角度考虑，没有任何物质是均匀的，甚至连分子和原子内部也一样，这里的均匀性与不均匀性是以光波波长为尺度来衡量的（10-5㎝水平上）。 3、散射与衍射、反射和折射之间的关系 ① 惠更斯次波源假说； ② 散射的次波波源是真实存在的——分子 中的电子作受迫振动，发出相干光； ③ 均匀媒质中，次波相干迭加的结果只剩下遵循几何光学规律的光线，沿其余方向的振动完全抵消； ④ 非均匀媒质中，次波相干迭加的结果，除了按几何光学规律传播的光线外，其它方向或多或少也有光线存在——散射光。 4、散射的分类 ① 悬浮质点的散射：如胶体、乳浊液、含有烟、雾、灰尘的大气中的散射； ② 分子散射：分子热运动造成涨落很大，光线照射到其上，会发生强烈的分子散射——临界乳光。 二、瑞利散射定律 1、瑞利散射定律：散射体的尺度比光波波长小的时候，散射光的强度与λ4成反比。 2、米-德拜理论：以球形质点模型（半径为a）则当ka＜0.3时，瑞利的λ4反比律是正确的；当较大ka时，散射光强度与波长的依赖关系就不十分明显。 其中: k=2π/ λ 3、为什么天空是蓝的、旭日和夕阳是红的、而白云是白的？ 结合瑞利 λ4反比散射定 律与德拜理论 进行解释。 三、喇曼散射 1、瑞利散射不改变原入射光的频率，在液体和晶体内的散射时，发现散射光中除了与入射光原有频率ω0相同的瑞利散射线外，普线两侧还有频率为ω0 ± ω1 、 ω0 ± ω2 、 …等散射线存在，这种现象称为喇曼散射。 2、喇曼光谱 （1）在每条原始入射谱线（频率ω0 ）两旁都伴有频率差相等的散射谱线，在长波一侧的（频率为ω0 － ωj ）称为红伴线或斯托克斯线，在短波一侧的（频率为ω0 ＋ ωj ）称为紫伴线或反斯托克斯线。 （2）频率差ωj与入射光的频率ω0无关，它们与散射物质的红外吸收频率对应，表征了散射物质的分子振动频率。 （3）喇曼光谱可以用经典理论作出初步解释，入射光场作用下分子获得感应电偶极矩，其发生振荡(ωj )，从而产生伴线。但其很不完善，要用量子理论才能完全解释。 p=αε0E α=α0+αjcosωj t E=E0 cosω0 t p= α0 ε0E0cosω0 t+ αjε0E0cosωj tcosω0 t = α0 ε0E0cosω0 t+ (αjε 0E0 /2)[ cos(ω0 － ωj ) t＋ cos(ω0 + ωj ) t] 即：感应电偶极矩的变化频率有ω0 、 ω0 ± ωj 、三 种，后两种正是喇曼光谱中的伴线。 （4）喇曼散射的应用 能迅速测定分子的固有频率，判断分子的对称性，分子内部的力的大小及一般有关分子动力学的性质。 分子光谱本在红外波段，喇曼效应把它转到可见光和紫外波段来研究，它已成为分子光谱学中红外吸收方法的一个重要补充，是光谱学中的一个分支。 * 光的吸收、色散和散射（2） 制作者：赣南师范学院物理与电子信息学院： 王形华 * * *