第六章 光的吸收、散射和色散

2． 大气的散射
• 晴朗的天空之所以呈现浅蓝色，也是由于大气的散射。 • 它一部分是由于大气的中悬浮的尘埃的散射，大部分
是由于分子密度涨落引起的分子散射，由于分子密度 涨落的线度要比尘埃线度小得多，故按瑞利定律
• 蓝色光比黄光和红光散射更厉害。即散射光中波长较
短的蓝色光占优势，所以我们看到天空呈现蓝色。
第六章 光的吸收、散射和色散
§6-1 电偶辐射对反射和折射现象的解释（自学） §6-2 光的吸收 §6-3 光的散射 §6-4 光的色散 §7-5 色散的经典理论 （自学）
§6-2 光的吸收
电偶极辐射对反射和折射现象的解释 一、 一般吸收和选择吸收 所有物质对某些范围内的光是透明的、而 对另外一些范围的光却是不透明的，即被 吸收掉了。 如： 石英： 可见光是透明的， 不透明 （红外光）
dn
d
0
三、 正常色散：
•
1．定义：
dn
d
0
即折射率随波长的增加
而减小的现象，为正常色散。
• 正常色散是1672年牛顿首先研究发 现的。
四、 反常色散
• •
1即．随定波义长：的增ddn加折0 射率增大的现象。
• 1862年由鲁氏发现。
• 这就是说：
• 这正好与正常色散相反，——称为反常 色散。
反常色散与光的吸收
• 衍射：是由于个别不均匀区域（如小孔、缝）所形成 的，不均匀区域线度与光波长相比拟，由上述特征我 们可了解，它们之间的不同和区别。
三、瑞利散射
• （不研究散射强度与 的关系）
• 瑞利通过对光的散射现象的研究发现了光经过物质散 射时：
• 从正侧方向观察，散射光带青兰色，（ 较小）
• 从对着光看，通过的光较红，即红光被散的较少，
解释蓝天、红霞现象
• 要是没有大气层，（即可看作真空），就没有 散射作用，我们只能看到太阳悬挂在漆黑的空 中，宇航员常见的就是这种现象。落日和朝阳 为什么是红色，且天空呈蓝色，这是因为这时 太阳几乎平行地面，穿过的大气层最厚，所有 短波的光都朝侧面散射，仅剩下红光到达观察 者，这时接连地面的空气中有大量的尘埃，增 强了散射作用，这时，天空为蓝色，云块为红 色。正午的阳光为什么是白色？这时太阳光穿 过大气层最薄，散射不多，故为白色。
二、散射和反射、漫射和衍射现象之间的区别
• 散射：散射时，微粒线度远小于光波长，粒子分布无 规则，粒子是次波发射中心， 即次波发射中心 排列是无规则的。
• • 反射：次波发射中心有规则，且物体线度远大于光波
长。 • 漫射——漫反射：镜面上有不规则的凹凸部分（小镜
面）所产生的，这些小镜面线度远大于光的波长。
a A，c A是与浓度无关的常数。这时
I
I
0
e
Acl
---
比尔定律
它仅适用于稀溶液对光的吸收。
三、 吸收光谱：
• 对于产生连续光谱的光源发出的光，通 过有选择吸收的物质之后，某些波长的 光被吸收，就形成了吸收光谱。
§6-3 光的散射
• 在光学性质均匀的介质中，或在两介质的分界面上， 无论直折、折射、反射，都
• 定性分析表明：散射光的强度 f 4 • f 是光强按波长的分布函数，
• 即波长越小，散射越强，波长越大，散射越弱，这种 散射称瑞利散射。
• 因此，信号灯多采用红色 ，是因为散射弱，穿透能力 就强。
四、分子散射：
• 1． 定义： • 在光学性质完全均匀的物质中，光的散
射不应该发生，但在某种程度上仍可以 观察到散 • 射光，这是由于物质分子密度的涨落所 引起的。 • 由于分子密度的起伏取决于分子的无规 则运动所以这种散射称为分子散射
说明对可见光基本不吸收, 对红外线吸收. 一般吸收:是少量的吸收, 如石英对可见光的吸收. 选择吸收:是强烈的吸收, 如石英对红外光的吸收. 任何物质对光的吸收均由这两部分组成.
二、朗伯定律：
I
I e ad——朗伯定律表达式 0
a
为吸收系数
c 对于不同的物质值是不同的。对于稀溶
液来说，正比于溶液的浓度 ，
• • 1、孔脱通过研究发现： • 反常色散是与光的吸收有密切关系，任何物质
在光谱某区域有反常色散，则在该区域中光被 强烈的吸收。
• 2、 反常色散曲线——物质为石英
可见： 正常色散——一般吸收
•
反常色散——选择吸收
• 因此，反常色散是很正常的现象。
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数
a 是吸收系数， s 是散射系
•
a 0 ——衰减系数
一、均匀介质中散射的经典图象
• 在非均匀介质中存在有大量的其它物质的微粒， 如尘埃、烟、雾（液滴）------等。这些杂质微 粒线度比光的波长小,相互之间的距离比波长大, 排列无规则，在光作用下时,微粒振动而发出的 次波,并无固定位相关系,它们的次波是非相干 叠加,故在各方向上均可看到它们发出的次级辐 射从而形成了散射光.
§6-4 光的色散
• 一、色散的定义：在真空中，各种波长的光， 均以为c传播，在介质中，不同波长的光，其 传播速度不同，因而对不同的光其介质的折射 率不同.
• 定义：这种物质折射率随波长不同而发生变化 的现象——叫光的色散。
• 二、 色散的分类：
•
正常色散：dn 0 d
这是我们通常解的
•
反常色散：
• 仅在一定的方向才可看到光线，在光的传播方向的侧 面看不到光。
• 若光通过光学性质不均匀的物质时，可从侧面看到光， （如在黑暗的小屋里，我们可在一侧看到从小孔中射 进来的光线），这种现象——叫光的散射。 因为屋内 有尘埃，这时空气是光学性质不均匀的介质。
• 散射也会使光强减弱：
I
I e (a s )l 0