光的吸收PPT课件

对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的重 要手段。例如, 地球大气对可见光、紫外光是透明的, 但对红外光的某些波段有吸收。
透明的波段称为“大气窗口”, 充分地研究大气的光 学性质与“窗口”的关系,有助于红外导航、跟踪等 工作的进行。
.
18
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum) 如图所示，波段从 1m 到 15m 有七个“窗口”。
.
2
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
光在均匀介质中传播，经过薄层 dl 后，由于介质的 吸收，光强从 I 减少到 (I - dI) 。朗伯总结了大量的 实验结果指出,dI / I 应与吸收层厚度 dl 成正比,即有
dI Kdl (16) I
K 为吸收系数,负号表示 光强减少。
.
15
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum)
由于这种吸收带特征决定于组成气体的分子，它反 映了分子的特性，所以可由吸收光谱研究气体分子 的结构。
气体吸收的另一个主要特点是吸收和气体的压力、 温度、密度有关，一般是气体密度愈大，它对光的 吸收愈严重。
.
16
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum)
7.2 光的吸收 (Absorption of light )
所谓光的吸收，就是指光波通过介质后，光强度减弱 的现象。由上节的讨论可知，光的吸收可以通过介质
的消光系数 描述。
n
1.025 1.000 0.975
2
0.10
0.05
0.997 0.998 0.999 1.000 1.001 1.002 1.003
n
1.025 1.000 0.975
2
0.10
0.05
0.997 0.998 0.999 1.000 1.001 1.002 1.003
/0
.
8
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
例如，在可见光范围内，一般的光学玻璃吸收都较 小，且不随波长变化，属一般性吸收，而有色玻璃 则具有选择性吸收。
在制造光学仪器时, 必须考虑光学材料的吸收特性。 例如，紫外光谱仪中的棱镜、透镜需用石英制作,而 红外光谱仪中的棱镜、透镜则需用萤石等晶体制作。
.
10
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
几种光学材料的透光波段
光学材料
波长范围
/nm
光学材料
冕牌玻璃 350~2000 火石玻璃 380~2500 石英玻璃 180~4000
萤石
(GaF2)
岩盐
(NaCl)
氯化钾
(KCl)
波长范围
/nm 125~9500
175~14500
180~23000
.
11
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light) 溶液的吸收系数与浓度有关,比尔在1852年指出,溶液
的吸收系数 K 与其浓度 c 成正比，K＝c,此处的
是与浓度无关的常数。在溶液中的光强衰减规律为
II0ecl (20)
该式即为比尔定律。
.
12
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
应当指出，尽管朗伯定律总是成立，但比尔定律的 成立却是有条件的：只有在物质分子的吸收本领不 受它周围邻近分子的影响时，比尔定律才正确。
.
dl
I0
I
l
3
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light) 求解上面微分方程可得：
II0eKl (17)
I0 是 l＝0 处的光强，这个关系式就是著名的朗伯定 律或吸收定律。实验证明，这个定律是相当精确的, 并且也符合金属介质的吸收规律。
.
4
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
当白光射到红玻璃上时，只有红光能够透过，我们
看到它呈红色。如果红玻璃用绿光照射，玻璃看起
来将是黑色。
.
9
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
普通光学材料在可见光区都是相当透明的，它们对各 种波长的可见光都吸收很少。但是在紫外和红外光区, 它们则表现出不同的选择性吸收。
I
I0eKl
I I0
eKl
l 0 .0 0 0 0 1cm
I e Kl e (1060.00001) 0 .0 0 0 0 4 5 I0
.
6
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
吸收系数 K 是波长的函数，根据 K 随波长变化规 律的不同，将吸收分为一般性吸收和选择性吸收。
O
O
HH HH O
HH
当浓度很大，分子间的相互作用不可忽略时, 比尔定
律不成立。
.
13
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum)
介质的吸收系数及随光波长的变化关系曲线称为该介 质的吸收光谱。
光源
吸收物质
分光仪
使一束连续光谱的光通过有选择性吸收的介质，再通 过分光仪，即可测出在某些波段上或某些波长上的光 被吸收，形成吸收光谱。
Na
G
D2 588.995
Na
D3 587.552
He
H
E3 526.954
Fe
K
波长/nm 吸收元素
518.362 Mg
486.133
H
430.791 Fe
430.774 Ca
466.273 Ca
396.849 Ca
393.368 Ca
.
23
个人观点供 Ⅵ ⅦⅧ
80
透 过
60
率
40
/%
20
0 0.72
0.94 1.13 1.38 1.90 2.7 4.3 6.0 15.0
/m
.
19
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum)
地球周围是厚达约 1000 公里的大气层。大气层由 氮、氧、二氧化碳、臭氧及其它稀有气体和水气、 尘埃组成。
22 N e 0m 2 (0 22 )222
一般性吸收：在一定波长范围内,若吸收系数 K 很少， 并且近似为常数。选择性吸收：如果吸收较大,且随 波长有显著变化。
.
7
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
在 ~ 曲线中，在0 附近是选择性吸收带，而远 离0 区域为一般性吸收。
.
14
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum) 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。
285.28 285.30
330.23 330.29
588.99 598.59
/nm
对于单原子气体, 这种狭窄吸收线的特点更为明显. 例 如氦、氖等惰性气体及钠等碱金属蒸气的吸收光谱。
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。
1.00 0.66 0.50 0.40 0.33 0.28 0.25 /nm
激光工作物质YAG的吸收光谱
.
17
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum)
夫朗和费首先发现,并以字母标志了主要的吸收线。
.
22
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum)
它们的波长及太阳大气中存在的相应吸收元素的关系如下：
符号 波长/nm 吸收元素 符号
A 759.4~762.1
O
E1
B 636.8~688.4
O
F
C 656.282
H
G
D1 589.592
二氧化碳吸收带位于: 13.5 ~ 17m。 臭氧吸收带位于: 9.5m 附近。
.
21
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum) 由于太阳四周大气中的不同元素吸收不同波长的辐 射,因而在连续光谱的背景上呈现出一条条黑的吸收 线,如图所示。
HG F E D CB A
400 500 600 700
.
20
7.2.2 吸收光谱 (Absorption spectrum) 较强的水汽吸收带位于: 0.71~ 0.735m, 0.81 ~ 0.84m, 0.89 ~ 0.99m, 1.07 ~ 1.20m, 1.3 ~ 1.5m, 1.7 ~ 2.0m, 2.4 ~3 .3m, 4.8 ~ 8.0m。
/0
.
1
7.2 光的吸收 (Absorption of light )
光吸收是介质的普遍性质，除了真空，没有一种介质 能对任何波长的光波都是完全透明的，只能是对某些 波长范围内的光透明，对另一些范围的光不透明。
所谓透明，并非没有吸收，只是吸收较少。所以确 切地说,石英对可见光吸收很少，而对(3.5～5.0)m 的红外光有强烈的吸收。
若引入消光系数 描述光强的衰减，则吸收系数 K 与消光系数 有如下关系：
K 4π (18)
由此，朗伯定律可表示为
4πl
I I0e (19)
.
5
7.2.1 光吸收定律 (Absorption law of light)
各种介质的吸收系数差别很大，对于可见光，金属 的 K 106cm-1，玻璃的 K 10-2cm-1 ，而一个大气 压下空气的 K 10-5cm-1 。