【管理资料】物理光学第五章汇编

一种物质的全部色散曲线是由若干正常色散区和反常色散 区相间分布构成的，在相邻两个吸收带之间，折射率单调
下降，通过一个吸收带时，折射率急剧增大，而且随 的
增大，曲线总的趋势不断抬高。
四、吸收和色散的理论解释（略）
5.3光的散射
一、光的散射现象 当光束通过均匀的透明介质时，除传播方向外，是看不 到光的。而当光束通过非均匀介质时，就可以在侧面看 到光束的轨迹，即在光线传播方向以外能够接受到光能。 这种光束通过不均匀介质所产生的偏离原来传播方向， 向四周散射的现象，就是光的散射。 所谓介质不均匀，指的是气体中有随机运动的分子、原 子或烟雾、尘埃，液体中混入小微粒，晶体中存在缺陷 等。 由于光的散射是将光能散射到其它方向上，而光的吸收则 是将光能转化为其它形式的能量，所以从本质上说二者不 同，但是在实际测量时，很难区分开它们对透射光强的影
三、反常色散
1862年，Le Roux用充满碘蒸汽的三棱镜观察到了紫光的折射率比红光的折 射率小，由于这个现象与当时已观察到的正常色散现象相反，称它为反常色 散。进一步的研究发现，反常色散与介质对光的选择吸收有密切关系，它并 不“反常”，也是介质的一种普遍现象。 光的吸收区附近就是反常色散区，在石英的色散曲线测量中，如图所示，在 可见光区域内，测得曲线PQR段，其结果与由科希公式计算的结果一致。 当从R 开始向红外波段延伸时，n值的测量结果比计算结果下降要快得多。 图中实线是测量结果，虚线是计算结果。在吸收区，由于光无法通过，n值 也就测不出来了。当入射光波长越过吸收区后，光又可通过石英介质，这时 折射率数值很大，而且随着波长的增加急剧下降。在远离吸收区时，n值变 化减慢，这时又进入了另一个正常色散区，即曲线中的ST段，这时科希公 式又适用了，不过其常数A、B值要相应地变化。显然，上述吸收区所对应 的即是所谓的“反常”色散区。
实验总结出来的经验公式。科希于1836年首先给出了正 常色散的经验公式
式长中变，化A范、围B不和大C时是，由n科所希研A公究B式的2 可介C只质4 取特 前性两决项定。的常数。当波
nAB2， ddn2B3 不同由 材料于 A，、AB、都B和为C的正值值 不同，，所 即增 使以 对加同当时 一种， 材料折n，和 射 在 率 不同色 的色散 散区率 都 ， 减 A、小 B和。 C的值也不同。
1、瑞利散射
散射粒子大小在
以下，称为瑞利散射。
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通过大量的实验研究表明，瑞利散射的主要特点是： 1）散射光强度与入射光波长的四次方成正比，即
I()14,Βιβλιοθήκη Baidu某一方向散射 射光 光的 与夹 入角。
由瑞利散射定律可以看出，在由大气散射的太阳光中，短
波长光占优势。因 红 0 .7m 2 ,紫 0 .4m ,I紫 1I红 。 0 所以，太阳散射光在大气层内层，蓝色的成分比红色多， 使天空呈蔚蓝色。 如图所示，利用瑞利散射定律也可解释正午的太阳呈白 色，旭日和夕阳呈红色。
因成此曲，线一，般这都种是曲通线过就实是验色测散定曲线n随。 变化的关系，并做
二、正常色散 折射率随着波长增加而减小的色散叫正常色散。 实验表明，凡对可见光透明的物质，它们的色散曲线形 状很相似，其共同特点如下： 1）波长越长，折射率越小； 2）波长越长，折射率随波长的变化率越小，即色散率越
小； 3）波长一定时，折射率越大的材料，其色散率也越大； 4）波长很长时，色散率趋于0。
即 I()1n,其中n， 1,2,3。n的具体取值取 尺决 寸于
物理光学第五章
收，当可见光通过这些物质后只改变光的强度而不改变 颜色。若物质对某些波长的光吸收特别强烈，而对其它波 长的光吸收较少，则这种吸收称为选则吸收。 选择吸收是物质呈现颜色的主要原因。绿色玻璃是把入 射的白光中的红、兰色吸收掉，只剩绿色光透射过去。 三、吸收光谱
介质的吸收系数 随光波长的变化关系曲线称为该介质
的吸收光谱。让具有连续光谱的白光通过吸收物质后再经 光谱仪分析，即可将不同波长的光被吸收的情况显示出 来，形成吸收光谱。 每一种物质能选择吸收的波长是特定的，它反映了物质本 身的特性。稀薄原子气体的吸收峰很窄，所形成的原子吸 收光谱是线状光谱。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，会在吸收光谱中反 映出吸收系数很大的改变。（如图的钠蒸汽吸收光谱） 与原子气体的线状光谱不同，分子气体、液体和固体的 吸收谱线密集地组成带状，故称为带状吸收光谱。（如 图的YAG晶体吸收光谱） 任何物质不但有特定的吸收光谱也有特定的发射光谱。 某种物质自身发射哪些波长的光，它就强烈地吸收哪些 波长的光。 从广阔的电磁波谱来考虑，任何物质对电磁波的吸收都 包含有一般吸收和选择吸收二种情况。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，而对另外一些波段比较透明。透明的波段称为
响，因此，在实际工作中通常都将这两个因素的影响考 虑在一起，将透射光强表示为
I I0e()l,为散射系数 ， ）（ 为衰减系数， 根并据且 散射， 光频在 率相实 对际 入射到 测 光的 频量 率都 是中 否是 有得 改（ ） 变，。可将散射
分为线性散射和非线性散射。
二、线性散射
散射光的频率等于入射光的频率，这类散射称为线性散射。
2） I()(1co2s)
3)散色光是偏振光，不论 入射光是自然光还是偏振
光都是这样，该偏振光的
偏振度与观察方向有关。 2、米氏散射
当散射粒子的尺寸接近或大于波长时，称为米氏散射。它的主 要特点是：
1）散射光强与偏振特性随散射粒子的尺寸变化。 2）散射光强随波长的变化规律是与波长的较低次幂成反比，
“大 气窗口”。（如下图所示）
5.2 光的色散 一、色散的概念 介质中的光速（或折射率）随光波波长变化的现象叫光 的色散现象。 常用色散率来表n征f介()质色散程度，即量度介质折射率随 波长变化快慢的物理量。
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