第六章光的吸收散射色散1234.ppt

*第六章????光的吸收、散射和色散§6—1电偶极辐射对反射和折射现象的解释§6—2光的吸收§6—3光的散射§6—4光的色散第七章光的传播速度§7-1光速的测定米的定义§7-2相速和群速第六章????光的吸收、散射和色散§6—1电偶极辐射对反射和折射现象的解释一、电偶极子辐射模型一是电子振子；一是分子振子。简谐振子有两种：振子的特性之一：无论振子做自由振动还是受迫振动，都将发射“次级”电磁波。坡印廷矢量的绝对值：平均值（波的强度）R观察者离偶极子的距离。光通过物质时传播情况要发生变化，主要表现在两方面：一是光强要减弱；二是光速随频率而变化。前者称吸收和散射，后者则是色散。结论：1、光在半径为R的球面上各点的相位都相等（球面波），且相位较原点落后ωR/c；2、振幅随θ角而变，即波的强度I（能流密度）在同一波面上呈不均匀分布。在赤道面上，I最大；在两极，I=0。二、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释前提条件：1、构成物质的原子或分子的线度的数量级为10-8cm；2、光波波长的数量级为10-5cm。§6—2光的吸收一、一般吸收和选择吸收一般性吸收：某种物质对于通过它的电磁波，无论什么波长都差不多减低同样的强度；特点：吸收少，且在给定波段内几乎不变。选择性吸收：物质吸收某些波长的电磁波要比其它波长的特别多。特点：吸收很大、并且随波长而急剧地改变。二、朗伯定律入射侧，光强I，出射侧，光强I+dI，（dI0）朗伯指出：dI/I与吸收层的厚度dx成正比：吸收系数光在介质中经任意厚度d时：整理：朗伯定律的数学表达式。当时，对较稀溶液，C为溶液的浓度，A与浓度无关的常量。比尔定律数学式。三、吸收光谱连续光谱光源发出的光，通过有选择吸收的介质，再用分光仪器获得光谱，发现在光谱中某些波段或某些波长的光谱消失了，这时的光谱称相应物质的吸收光谱。太阳发出连续光谱的光，经周围大气吸收，在连续光谱的背景上呈现一条条黑的吸收线—太阳的吸收光谱，称夫琅和费线。地球大气对可见、紫外光透明，对红外光某些波段有吸收，另一些波段比较透明。透明的波段称“大气窗口”。间有7个“窗口”。在导航、跟踪、信息、遥感、航天等方面应用广泛。也有称三个§6—3光的散射光束通过光学性质不均匀的介质，从侧向看到光的现象。光的散射通过长度为x的介质时光的强度：散射系数，吸收系数，衰减系数。一、非均匀介质中散射的经典图象光学非均匀性的原因：1、均匀物质中散布着折射率与它不同的其它物质的大量微粒；2、物质本身的组成部分的不规则的聚集。（尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等）杂质微粒的线度一般说比光的波长小，彼此之间的距离比波长大，而且排列毫无规则。非均匀的特征：二次辐射彼此间没有固定的相位关系，在观察点非相干叠加。二、散射和反射、漫射和衍射现象的区别散射、反射、漫射、衍射、折射、直射的本质都是次级辐射。散射：次波源所发次波在交叠区域内的非相干叠加，是无规则的。反射等：次波源所发次波在交叠区域内的相干叠加，是有规则的。漫射：局部区域的规则的反射。（从侧面看有强有弱。）衍射：个别不均匀区域所发次波的相干叠加。三、瑞利散射乳状液、悬浮物（烟、雾）、悬浮液等颗粒尺寸与波长可相比拟的物质系统的散射，称廷德尔散射；表面上看来均匀纯净的介质中，由于密度涨落而引起的散射，称分子散射（不如混浊介质所引起的散射厉害）。瑞利首先提出：散射光的强度与光的频率的四次方成正比（波长的四次方成反比）：瑞利定律相应的散射称瑞利散射。对可见光，红光7200埃，紫光4000埃，波长之比1.8倍，在入射红光和紫光强度相等的条件下，紫光的散射是红光的10倍。红光穿透薄雾的能力比蓝光强，信号灯、信号旗常用红色。在有薄雾的天气里拍摄照片时，照相机镜头前加红色滤光片。四、散射光的偏振性自然光入射：垂直于光的传播方向，线偏振光；其它方向是部分偏振光；迎着光的方向是自然光。振动面垂直于入射光束的传播方向；线偏振光入射：对各向同性，偏振光；对各向异性介质，从侧向观察，散射光是部分偏振的，称退偏振。入射光沿x轴传播，Ix和Iy分别表示