光吸收散射和色散

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分类： 非线性 拉曼散射 自 受发 激拉 拉曼 曼散 散射 射 布里渊散射
规律： II0e(a s)l I0e l
a :
衰减系数
s :
散射系数
a
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一、非均匀介质中的散射
光学性质的不均匀： （1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒 （2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集 例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等。
第六章 光的吸收、散射和色散
a
1
主要内容
6.1 电偶极辐射对反射、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 6.5 色散的经典理论
a
2
6.1 电偶极辐射对反射、折射现象的解释
1、电偶极子模型（理想模型） 用一组简谐振子来代替实际物质的分子，每一振子可 认为是一个电偶极子，由两个电量相等，符号相反的 带电粒子组成，电偶极子之间有准弹性力作用，能作 简谐振动。
两种振子：
电子振子：核假定不参加运动，准弹力的中心。
分子振子：质量较大的一个粒子可认为不参加运动
a
3
电偶极子模型
SI1 ocE230e222 A C 224 Rsi2n
a
4
2、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释
解释1：各向同性均匀物质中的直线传播 解释2：反射与折射 解释3：布儒斯特定律
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5
6.2 光的吸收
光的部分能量被组成物质的微观粒子吸取后转化为 热能，从而使光的强度随着穿进物质的深度而减小的现象 ，称为光的吸收(absorption)。
a
7
dI I
adx
I I0
dII a
l
ax
0
I I0eal
称为布格定律（Bouguer law）或朗伯定律。该定律是布格（ P.Bouguer，1698—1758）在1729年发现的，后来朗伯（ mbert，1728—1777）在1760年又重新作了表述。
a
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2、正交棱镜观察法
——显示色散最清楚的方法a源自183、正常色散与反常色散
(1). 正常色散:波长越短折射率越大的色散。
• 柯西方程：
bc na
2 4
• 经验公式，a、b、c为常数。
一般：
nab,dn2b.
2 d 3
• 色散曲线的特点：
①波长越短，折射率越大；
②波长越短， 越大dn，角色散率也越大；
五、散射光强度
散射光强度相对入射光传播方向是对称的，对于垂直于入射光束的 方向也是对称的。
入射光为自然光，则在C（在XOZ平面内）方向观察
IIyIzI0(1co 2s )
其中：
I y I0 IZ aI0co2s
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六、分子散射
定义：由于物质分子密度的涨落而引起的散射叫分子散射。
晴朗的天空呈浅蓝色 清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色 白昼的天空是亮的
稀溶液中,有
比尔定律 I I0eAcl
a
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二、吸 收 光 谱
• 连续光谱通过选择吸收的介质后，用用光计可看出， 某些线段或某些波长的光被吸收——吸收光谱。 下图为钠蒸汽的吸收光谱
a
9
6.3 光的散射
定义：当光通过光学性质不均匀的物质时，从侧向都可以看 到光的现象叫光的散射。
线性米 瑞氏 利散 散射 射： ：线 线度 度ll
a
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6.4 光的色散
1、色散的特点：
(1)可用角色散率 Dd表示d.
(2)棱镜折射而成的色散光谱是非匀排的
(3)光栅产生的衍射光谱是匀排的。
(4)同一种物质在不同波长区的角色散率有不同的值：
如棱镜的角色散率为
2sin A
D
2
dn
1 n2 sin2 A d
2
要研究色散，重要的是找 的函数形式
d在n 各波长区的值，或者找出n=f（λ） d
1
nM 2
N
N
2M122 8M324
a b c
2 4 a
即柯希公式
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3.应用：红光散射弱、穿透力强 （信号旗、信号灯） →红外线（遥感等）
a
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四、散射光的偏振
各向同性介质： 入射光为自然光
各向异性介质： 入射光为线偏振光
从正侧面：平面偏振光 从斜侧（侧C）：部分偏振光
X 轴：自然光
a
侧向：部分偏振光 偏振度： P I y I x
Iy Ix
退偏振度： 1p 14
衍射：因个别的不均匀区域（孔、缝、小障碍等）所形成 的，不均匀区域范围大小≈。
散射：大量排列不规则的非均匀小“区域”的集合所形成 的，非均匀小区域的线度<。
a
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三、瑞利散射
1.瑞利散射： l的微 粒对入射光的散射现象。 2.瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，
即： I f ()4
为f (光)源中强度按波长的分布函数
a
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6 .5、色散的经典理论
由洛伦兹的经典电子论，得到电磁场频与介电常数的关系，由此
得到与折射率的关系，解决了麦克斯韦理论的最初困难,阐明了色散
现象。
设 不 是r 恒量，而是随着频率变化，那么仍可由麦氏
关系来推得色散方程 n f ()
n r
利用电偶极子模型 P X 0 E
r
1
x
1
P
0 E
最后可得到
一般吸收：吸收很少，并且在某一给定波段内 几乎是不变的；——可见光（石英）
选择吸收：吸收很多，并且随波长而剧烈地变 化。——红外光（3.5～5.0µm） （石英） 任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。
a
6
一、朗 伯 定 律
光通过物质时,光波中振动着的电矢量，将使物质中 的带电粒子作受迫振动，光的部分能量将用来提供这种受 迫振动所需要的能量。这些带电粒子如果与其它原子或分 子发生碰撞，振动能量就会转变为平动动能，从而使分子 热运动能量增加，物体发热。
d
③在波长一定时，不同物质的折射率越大,
也越大dn ； d
④不同物质的色散曲线没有简单的相似a 关系.
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(2). 反常色散：波长越短，折射率越小的色散. 孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。 “反常”色散实际上也是很普遍的，“反常”并不反常，“反常”色 散和 “正常”色散仅是历史上的名词。
特征：
杂质微粒的线度小于光波长，相互间距大于波长，排列毫无规则， 在光照下的振动无固定位相关系，任何点可看到它们发出次波的 迭加，不相消，形成散射光。
a
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二、散射和反射，漫射和衍射的区别
1.散射与直射、反射及折射的区别：“次波”发射中心排列 的不同,散射时无规则，而后者有规则。 2.散射与漫反射的区别：次波中心的排列仍有某些不同的方 向性 3.散射与衍射的区别：