第六章 光的吸收散射与色散.ppt

第6章 光的吸收、散射和色散;几何光学和波动光学探讨了物的成像和光的干涉、衍射,(各向同性均匀媒质中光的传播); 光在各向异性媒质中的传播，主要是光在单轴晶体内的传播，如双折射现象，光学偏振器，波片等； 共同的特点： 光在介质内传播的过程中，不存在能量的损失; 光的吸收、色散和散射是光在介质中传播所发生的普遍现象，它们之间是相互联系的。 一方面可以了解光与物质的相互作用，有助于对光的本性的进一步了解， 可以得到许多有关物质结构的重要知识，促进应用光学的进一步发展。; ; ; ;6.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释;R代表观察者离偶极子距离;光通过物质时，各分子将依次按入射光到到达该分子时的相位做受迫振动。;6.2 光的吸收;当光波在媒质中传播时，由于光波和物质的相互作用，一般呈现两种效应，一种是速度减慢引起的折射和双折射现象；另一种是光能减弱的消光 现象。消光现象中，将光能转换成其它形式的能量，是吸收 现象；而有部分光波沿其它方向传播，是散射 现象。对于沿原方向传播的光波来说，这两种现象都使光能减弱，起消光作用。; ;在某一波长范围内，若某种媒质对于通过它的各种波长的光波都作等量(指能量)吸收，且吸收量很小，则称这种媒质具有一般吸收性。;?(nm);从媒质的吸收光谱中，可以得知媒质对哪些波长的光具有选择吸收性。一般地讲，固体和液体选择吸收的波长范围较宽，称之为吸收带；而稀薄气体选择吸收的波长范围很窄，表现为吸收线。;选择吸收性是物体呈现颜色的主要原因。例如，绿色玻璃是把入射的白色光中其它颜色的光吸收掉，只剩下绿色光能够透过去。带色物体一般有体色和表面色区分。;有一些物质，特别是金属，对于某种颜色光的反射率特别强，于是被它们反射的光就呈现这种颜色，而由它们透射的光是这种颜色的互补色（某种颜色和它的互补色混合后是白色）。 例如，被金黄薄膜反射的光呈现黄色，由它们透射的光则是绿色。 这类物体的颜色是由于物体表面的选择反射而形成的，所以叫表面色。被不具有选择反射性表面所反射的光仍呈现白色。例如，啤酒的泡沫呈现白色，而??酒本身却是深黄色。;光谱中的每一种颜色都是纯色。 实际生活中，有许多颜色在光谱中并不存在。 例如，在光谱里找不出和高锰酸钾溶液的紫红色一样的颜色。令白色光透射高锰酸钾溶液后，再用分光仪检查，可发现这种溶液能完全吸收光谱中的各色光，而能透射光谱两端的红色光和紫色光。 事实上，纯色是很少看到的，绝大多数物体的颜色通常是混合色。;各色光的混合与不同颜色的漆和颜料混合后显示的颜色是不同的。 黄色光和它的互补色——蓝色光混合后得到的是白色光。 黄色颜料和蓝色颜料混合时，却要显示绿色。 蓝色颜料能够全部吸收红、黄各色光，反射蓝、绿各色光。而黄色颜料能够全部吸收蓝、紫各色光，反射红、黄、绿各色光。因而这两种颜料混合起来只能反射绿色光，故显示绿色。;透明物体的颜色;红玻璃只透过红光;不透明物体的颜色;色光的混合;绘画時用三原色就可调出大部分色彩。;色光－红、绿、蓝 颜料－红、黃、蓝;色光的混合与颜料的混合规律也不同;吸收定律;或;当光通过稀溶液时，光被溶解在透明溶剂中的物质的吸收量与溶液内单位长度光程上的吸收分子数目成正比。因为单位长度上吸收分子的数目与溶液的浓度C成正比，所以吸收率 ?? 也就与浓度C成正比，即;代入上式，吸收定律可写成; ; ; ;吸收率 ????数值的大小，可用以说明光波通过物质时光强损失的多少。所损失的光强会转变成物质中的分子的热运动。此外，当光波通过物质时所发生的向四方散射现象，也会使光波沿人射方向损失部分光强。可见 ????应反映两种因素——吸收和散射——的作用。在大多数情况下，这两种因素中的一个往住比另一个小很多，可忽略不计。但我们应当认识到，这两种因素的作用是同时存在的，而且这两种作用有时还是同等重要的。由于吸收和散射都起消光作用，因此在普遍情况下，可写出消光定律;发射光谱和吸收光谱;发射光谱, 吸收光谱及其对应关系; ;气体吸收光谱的特点是：吸收光谱是清晰、狭窄的吸收线, 吸收线的位置正好是该气体发射光谱线的位置。; ;对于固体和液体，它们对光吸收的特点主要是具有很宽的吸收带。固体材料的吸收系数主要是随入射光波长变化，其它因素的影响较小。; ; ; ; ; ; ;光的散射; ; 光通过介质时，介质中原子（分子）或杂质粒子可看作次波源散射出次波. 对完全均匀介质，除原方向光干涉相长，其他方向的光干涉相消，无散射. 对非均匀介质，各次波源振幅、相位无规则变化，除原光方向外，其他方向亦有光，即发生散射.;一、非均匀介质中散射的经典图象;;衍射是有个别的不均匀区域造成的，这些不均匀区域的大小一般可与光的波长相比拟；而散射则是由于