物理光学第一章第四节 光的吸收色散和散射-邓冬梅.ppt

光的吸收 （1）对于可见光来说,各种物质的吸收系数 金属 、玻璃 （2）吸收的波长选择性 如大气中：红外－水、CO2 紫外－臭氧 （3）吸收带的线宽问题 对于液体和固体，吸收带都比较宽，而对于气体则比较窄，通常只有10－3nm量级。 光吸收举例 二,光的色散 光的色散的定义： 光在物质中传播时，其折射率（传播速度）随光波频率（波长）而变的现象。 光的色散分两种：正常色散、反常色散。 描述正常色散时折射率n 与波长? 关系的经验公式为科希方程： (二) 色散的解释——偶极子受迫振动模型 散射光偏振性的应用 散射与反射、漫反射及衍射现象的区别 1.散射与直射、反射及折射的区别——“次波”发射中心排列的不同 散射时无规则，而后者有规则。 2.散射与漫反射的区别：——次波中心的排列仍有某些不同的方向性 3.散射与衍射的区别： 衍射：因个别的不均匀区域（孔、缝、小障碍等）所形成的，不均匀区域范围大小≈?。 散射：大量排列不规则的非均匀小“区域”的集合所形成的，非均匀小区域的线度?。 偏振性 自然光入射到散射物质中，观察到： 实验 正侧方（z）线偏振 斜方向（C）部分偏振 对着x方向（x）自然光 O x y z B B’ A A’ y z P p D D’ 用电偶极子次级辐射可解释 物理解释 被微粒散射时，各方向上的振幅可看成以上 两个分振动的合成。 实验现象 分解成 + 退偏振 线偏振光照射某些气体或液体，从侧向 观察时，散射光变成部分偏振的，称为退偏 振。其机理是介质分子本身是各向异性的。 散射光的偏振性 散射光强的角度依赖 例1. 南北极探险用： “太阳罗盘”（利用阳光散射的偏振性）辨别方向（因磁罗盘在南北极无用）. 例2. 蜜蜂靠天空光的偏振性辨别方向（蜜蜂的眼睛中有对偏振敏感的器官） 米氏散射的特点： （1）散射光的强度与入射光波长的依赖关系不很显著，因此散射光的颜色与入射光的颜色相近； （2）散射光的强度角分布随散射粒子的半径变化显著地改变。 米氏散射与城市天空的景象。 米氏散射理论在大气光学中占重要地位， 它是人工降雨的理论基础。 拉曼、布里渊散射 （非弹性散射） 斯托克斯 — 拉曼散射 l ? 大 反斯托克斯 — 拉曼散射 l ? 小 布里渊散射: 晶体中的声波参与了能量交换. 斯托克斯-拉曼散射 RS 布里渊散射 BS 弹性散射 布里渊散射 BS 反斯托克斯- 拉曼散射 RS RS RS BS BS 拉曼散射 在散射光中出现与入射光频率不同的散射光，这种现象称为拉曼散射。 拉曼散射光谱的特征： (1) 在与入射光角频率? 0 相同的散射谱线 (瑞利散射线) 两侧，对称地分布着角频率为? 0 ?? 1 ,? 0 ?? 2 ,… 的强度较弱的散射谱线，长波一侧 (角频率为? 0 ?? 1 ,? 0 ?? 2 ,… ) 的谱线称为红伴线或斯托克斯线，在短波一侧 (角频率为? 0 +?1 ,? 0 +?2 ,… ) 的谱线称为紫伴线或反斯托克斯线； (2) 角频率差? 1 ,? 2 ,…与散射物质中分子的固有振动频率一致, 而与入射光的角频率? 0无关。 拉曼散射和布里渊散射为研究分子结构、分子的对称性和分子内部的作用力等提供了重要的分析手段。拉曼散射已成为分子光谱学中红外吸收方法的重要补充。受激布里渊散射怎被用于产生相位共轭光,在光通信,光信息处理等激光光学中有新的应用. * * 第四节 光的吸收、色散和散射 开始涉及光和物质的相互作用。 严格的理论解释需要利用量子理论，但通常情况下，用经典的电偶极辐射模型也可以给出较为直观而简明的定性解释及相应的物理图像。 洛仑兹(Lorentz)的电子论 光的吸收——光能的损耗 光场能 束缚电子受迫振动 反射波和折射波 物质中其它能量 激发 偶极辐射 光的吸收有两种：一般吸收和选择吸收。 一般吸收是物质对光能的吸收很少，吸收系数?与波长?无关，并且对某一波段的光的吸收量几乎一样。在可见光范围内，意味着光束通过媒质后只改变强度，不改变颜色。如：空气、纯水、无色玻璃等媒质。 选择吸收是物质对光能的吸收很多，并且随波长的变化而剧烈变化。由于可见光进行选择吸收，会使白光变为彩色光。绝大部分物体呈现颜色，都是其表面或体内对可见光进行选择吸收的结果。 定义：光通过介质后出现的出射光强小于入射光强的现象。 解释：用经典电磁理论中的振子模型解释：光能 振动能