光吸收色散群速课件.pptVIP

第八章光的吸收、色散和散射课程的引入:一、前面各章主要讲授光的传播，从几何光学和波动光学探讨了物的成像和光的干涉、衍射；除了研究了在各向同性均匀媒质中光的传播，还研究了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，波晶片等；其有一个共同的特点，即光在媒质内传播的过程中，不存在能量的损失。1

二、除了真空，没有一种媒质在严格意义上对光波是绝对透明的，光通过媒质时，部分光被媒质吸收，另一部分光被散射，余下来的部分按原来的传播方向继续前进；另一方面，不同波长的光在媒质中有不同的传播速度，即媒质对不同波长的光有不同的折射率；一束白光或多色光只要入射角不为零，不同波长的光就会按不同折射角而散开，这就是色散（如以前所讲过的三棱镜的色散）。2

三、光的吸收、色散和散射是光在媒质中传播所发生的普遍现象，它们之间是相互联系的，研究这类现象，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，也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。3

新授：§1光的吸收一、吸收的线性规律1、光的强度随穿进媒质的深度而减小，这种现象称为媒质对光的吸收。2、仔细研究表明，媒质对光的吸收还应区分为真吸收和散射两种情况，前者是光能真被媒质吸收后转化为热能，后者则是光被媒质的不均匀性散射到四面八方，本节讲授前一种情况，即真吸收。4

3、吸收的线性规律—布格尔定律或朗伯定律单色平行光束沿X方向通过均匀媒质，光的强度在经过厚度为dx的一层媒质时：I→I－dIx(见图1－1)5

实验表明：在相当广阔的光强范围内－dI∝Idx令：－dI=αIdx负号表示随着x增加，光强减弱α与I无关，称为吸收系数则:dI/I=－αdx→lnI－lnI=－αl0I=I0e－αl此称为布格尔定律或朗伯定律。Note:激光出现以后，光强大得多，α与场强或光强有关——非线光学领域。6

对于溶液7

二、复数折射率1、透明媒质折射率：n=c/vn为实数沿X轴方向平面电磁波:～～E=Eexp[－iω(t－x/v)]0～=Eexp[－iω(t－nx/c)]0电磁波不随距离衰减。2、光在媒质中传播存在吸收即衰减,应该在波函数和有关描述媒质性能的物理量中反映出来，为此引入复数折射率。8

复数折射率：n=n(1+ik)n、k都是实数～～～～E=Eexp[－iω(t－nx/c)]0～=Eexp{－iω[t－n(1+ik)x/c]}0～=Ee－nkωx/cexp[－iω(t－nx/c)]0～～光强：I∝EE=∣E∣02－2nkωx/ce其表示光强I随距离x衰减，故k称为衰减系数与：I=I0e－αl即I=I0e－αx比较可知:α=2nkω/c=4πnk/λ（ω=2π/T=2πλ/c)由此可见，媒质的吸收可以归并到一个复数折射率的概念中去：n的虚部反映了因媒质的吸收而产生的电磁波衰减,而其实部，则反映传播速度和色散情况的。9

三、光的吸收与波长的关系1、普遍吸收：若物质对各种波长λ的吸收程度几乎相等，即吸收系数α与λ无关。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。2、选择吸收：若物质对某些波长的光吸收特别强烈。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。10

3、普遍情形:从广阔的电磁波谱来考虑，普遍吸收是不存在的（选择吸收是光和物质相互作用的普遍规律），由于选择吸收，任何光学材料在紫外和红外端都有一定的透光极限，这一点对于制作分光仪器中的棱镜，透镜材料选取显得非常重要。11

o地球大气层对可见光和波长3000A以o上的紫外线是透明的，波长短于3000A的紫外线将被空气中的臭氧层强烈吸收。对于红外辐射，大气层在某些狭窄的波段内是透明的，透明的波段称为“大气窗口”。12

四、吸收光谱1、实验装置（见图1－2）13

2、实验得到的规律（1）、物质发射光的光谱有多种——线光谱、带光谱、连续光谱等。一般而言，原子气体的光谱是线光谱，而分子气体、液体和固体的光谱多是带光谱。（2）、同一物质发射光的光谱和吸收光谱之间存在相当严格的一一对应关系。即：某种物质自身发射哪些波长的光，它就强烈地吸收那些波长的光。14

（3）、铁的发射光谱和吸收光谱(a):发射光谱(b):吸收光谱(a)图中发射光谱的亮线与(b)图中吸收光谱的暗线一一对应。15

3、应用（1）探求物质的化学组成成份太阳光谱是典型的暗线吸收光谱，在其连续光谱的背景上呈现有一条条的暗线－夫琅和费谱线A、B、C、D、…其是太阳大气进行选择吸收的结果。由此可知太阳表面包含哪些元素。其表面：氢（体积占8