光的吸收、散射和色散

Ss R2 d lim R S i
s d d

二、电子对电磁波的散射
1 2 4 2 d ( ) r0 (1 cos ) 2 2 (0 2 ) 2 2 2
8 2 4 s r0 2 3 (0 2 ) 2 2 2
②
纯净介质中的分子散射
由于纯净介质中分子的无规则热运动，使得分子 密度出现涨落发生的散射叫分子散射。 正午
解释现象：
•晴朗的天空是蓝的； •白昼的天空是亮的；
傍晚
大气层
晨曦
地球
•日出或日落看到的太阳呈红色，而正午时呈白色。
光的色散 光的色散：物质的折射率随波长改变的现象称为光 的色散，也称折射色散。 广义色散：某一物理量是波长（或频率）的函数。 色散率：
dn D d
1 正常色散（ dn/d ＜0）
柯西公式：
na
Hale Waihona Puke Baidu
b

2

c

4
一般小波段范围内，取前两项：
na
b

2
dn 2b 两边微分： 3 d
正常色散特点：
（1）波长愈短，折射率愈大；
（2）波长愈短，dn/d愈大（斜率大）； （3）在波长一定时，不同物质的折射率愈大， dn/d也愈大； （4）不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。 2 反常色散（ dn/d ＞0） 吸收带：光被强烈吸收的波段。 任何一种物质都有多个吸收带，故有多个正常色散和反常 色散区域。
s ()
1.远离共振， 0
1 d ( ) r02 (1 cos2 )( ) 4 2 0
2. 共振色散， 0 2 1 2 0 d ( ) r0 (1 cos2 ) 8 (0 ) 2 2 4 3. 自由电子散射，即 0
2 I I (1 cos ) c）散射光强分布满足： / 2
1）小颗粒散射（颗粒线度a<0.3/2)
2）大颗粒散射（a) 米氏散射：光强与关系不明显。
例如白云为什么呈白色；吸烟时烟头冒出的烟 呈蓝色，而嘴里冒出的烟却呈白色。
散射光是部分偏振光，偏振度与颗粒大小、形状都有关。
光的吸收和散射
光的吸收 光波通过介质时，有一部分光能被吸收，转化为 其他形式的能量。 透明物质：能量损失小。 一般吸收：吸收很小，且在某一给定波段内几乎 是不变的。 选择吸收：吸收很多，且随波长而剧烈地变化。 例如石英对可见光吸收甚微，但是对3.5~5.0m 的红外光却强烈吸收。
光的散射
１.光散射的原因 光波在透明介质中传播时，有部分光波偏离原来的传播 方向而向四面八方传播的现象叫光的散射。 ２.衍射与散射的区别：
0
s
8 2 4 r0 ( ) 3 0

s
2 2 r0 3 ( 0 ) 2 2 4
2
1 d ( ) r02 (1 cos 2 ) 2
2 2 s r0 0.665 10 28 m 2 3
光的散射分类
一类：散射光的波长不发生变化，如瑞利散射，米氏散射； 另一类：散射光波长发生了变化，如拉曼散射，布里渊散射， 康普顿散射。 ① 非纯净介质中的光散射 如空气中的尘埃、烟雾、小水滴，还有乳浊液、胶体等。 散射规律：a）不变； b）I4（是瑞利散射）
衍射是由于个别的不均匀区域（如孔、缝或障碍物等） 所形成的，这些不均匀区域范围的大小一般可与波长相比拟。
散射则是由于大量排列不规则的非均匀的小“区域”的 集合形成的，这些非均匀小区域的线度一般比波长小。
一、散射问题的描述 散射截面：散射到方向单位立体角中的电磁波能流
S s ds Ss R 2 d