光的吸收色散和散射 (2)优秀课件

I → I－dI
。o
x
(见图1－1)
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实验表明：在相当广阔的光强范围内 －dI ∝Idx
令： －dI = αIdx α与I无关，称为吸收系数
则: dI/I= －αdx → lnI－lnI0= －α l I=I0e－αl
此称为布格尔定律或朗伯定律。 Байду номын сангаасote: 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。
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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）。
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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。
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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。
α= 2nkω/c =4πnk/λ （ ω= 2π/T= 2π λ/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。
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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80%）、氦（18%）、还有 钠、氧、铁、钙等60种元素。
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（2）新元素的发现
氦、铯、铷、铊、铟等元素的发现
1868年法国人严森在太阳光谱中发现一些不知来 源的暗线；英国天文学家洛克厄把这一现象解释为存 在一种未知的元素，并将它取名为 helium（氦）。
（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。
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（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。
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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，
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地球大气层对可见光和波长3000Ao 以 上的紫外线是透明的，波长短于3000Ao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”。
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四、吸收光谱
1、实验装置（见图1－2）
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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。
光的吸收色散和散射 (2)优秀课 件
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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。
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二、复数折射率
1、透明媒质折射率：n=c/v n为实数 沿X轴方向平面电磁波: E～==～EE～00eexxpp[[－－iiωω((tt－－xn/xv/)c])]
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。
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复光强数：折E～===射I～E～E～E∝率00e0eexE～x：－p﹡p～[n{n－k～－Eω==xiωi/nc∣ω((e[t1xE－t+－p0i～n∣k[n－x)(/21cie+)ω－]i(kn2t)n－、xkω/nckx]/x都c}/c是)]实数 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:
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。
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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：
由于原子吸收光谱的灵敏度很高，混合物或化合 物中极少量原子含量的变化，会在光谱中反映出吸收 系数很大的改变。历史上就曾靠这种方法发现了铯、 铷、铊、铟、镓等多种新元素。由此也可以用这种方 法来测定物质中某一种元素的含量。
（3）光的吸收与色散有密切的关系
此留在色散一节中探讨。
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§2 色散
一、正常色散
光在媒质中传播的速度v或折射 率n随波长而异的现象，称为色散。
当n随的增加波长λ增大而单调 下降，且下降率在短波一端更大， 这种色散称为正常色散。
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牛顿用三棱镜把白光分解为彩色光带的实验
法线
i1
i2
白光
单棱镜的色散
红 青 紫
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牛顿用交叉棱镜观测物质色散特性的实验
没有p2加时
白光 如果P1与P2的材料的色散特性不一样彩带将会弯曲21
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。
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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。