光与物质的相互作用(1)
第14章 光与物质相互作用
第14章 光与物质相互作用光通过物质时，由于和物质相互作用，传播情况会发生变化。
这种变化主要表现在两个方面：第一，随着光束深入物质，光强越来越弱，这是因为光的一部分能量被物质吸收，一部分光向各个方向散射所造成的；第二，光在物质中传播的速度小于真空中的光速，而且与频率有关，这就是光的色散现象。
光的散射、吸收和色散是光在介质中传播时的普遍现象，并且是相互联系的。
研究光和物质的相互作用，不仅可以对各种光学现象和光的性质有进一步的理解，而且可以通过对光现象的分析，了解物质的原子、分子结构，测定分子常数等。
§14－1 分子光学的基本概念一 电偶极子模型光是电磁波，物质由分子原子组成，光和物质的相互作用，就是电磁波与原子分子的作用。
或者说是原子分子中的带电粒子，在电磁波的作用下作受迫振动，形成振荡电偶极子。
设光波的频率为ω，作用在原子分子中的带电粒子上的有效电场强度为t E E ωc o s 0= 对于各向同性的介质，带电粒子所受的电场力为t F t qE qE F ωωcos cos 001===此外，每一个带电粒子还受其它电荷的作用，当带电粒子在平衡位置附近做微小振动时，这个力可以等效为准弹性力kr F -=2式中，r 为振移，k 是弹性系数。
另外，电偶极子在振荡时，会不断向外辐射电磁波，这种能量损失可以等效为辐射阻尼力的作用td r d F γ-=3 根据牛顿定律，带电粒子的运动方程为22321td r d m F F F =++ 由此得到微分方程t f r td r d t d r d ωωβc o s 202022=++ 式中，m r 2=β称为阻尼系数，m k =0ω是偶极子的固有频率， mqE m F f 000==。
在第4章中我们已经知道，带电粒子在频率为ω的简谐策动力的作用下作受迫振动，到达稳态时，粒子也以ω (不是其固有频率0ω)的角频率作简谐振动；其表达式为)c o s (ϕω+=t A r式中222200)2()(βωωω+-=f A ，2202tan ωωβωϕ-= 在电场作用下，带电粒子的感生偶极矩 )cos()2()(2222002ϕωβωωω++-==t m E q qr p比较，发现分子的感生电偶极矩与光波的策动电场间存在相位差。
化学光学光与物质的相互作用
化学光学光与物质的相互作用化学光学是研究光与物质相互作用的一个分支学科。
在这个领域中，我们探索了光的性质以及它与化学反应的关系。
通过分析和理解光与物质之间的相互作用，我们可以揭示化学反应的机制，并从中获得有关物质结构和性质的重要信息。
本文将介绍化学光学的基本原理和应用。
光与物质相互作用的基本原理光的电磁波特性光既有波动性又有粒子性。
光是一种电磁波，其传播速度是固定的，并且具有特定的频率和波长。
根据量子理论，光也可以被看作是由一系列能量量子（光子）组成的粒子流。
光谱学光谱学是研究物质与光相互作用时所产生的光谱现象的科学。
通过观察样品发射或吸收特定频率（波长）的光，我们可以对物质进行分析和表征。
光与物质相互作用的实验方法吸收光谱测量吸收光谱是最常见且广泛应用于化学分析和物质表征的技术之一。
通过测量样品在不同波长下吸收光线的强度变化，我们可以得到有关样品组成、结构和浓度等方面信息。
荧光和磷光测量荧光和磷光是物质在受到激发后发射出来的特定波长的光。
这种技术被广泛应用于检测、分析和追踪许多化学及生物体系中的物质。
散射光谱测量散射光谱是通过观察样品中散射出来或散射通过去其他材料中的光，来分析样品组成及大小等方面信息的一种方法。
其他方法除了上述常见方法外，还有许多其他技术可用于研究光与物质相互作用。
例如：拉曼散射、红外吸收、荧光寿命测量等。
化学光学在材料科学中的应用波导材料波导材料是一类可以将电磁能量从一个地方传输到另一个地方而无需电子参与的材料。
化学光学提供了设计和制备新型波导材料所需的基础知识和技术。
先进材料表征化学光学提供了一种非侵入性和高灵敏度的材料表征方法。
通过使用各种光谱测量技术，我们可以了解材料结构、形貌、电荷转移等方面信息，以进一步优化材料性能。
传感器技术具有响应特定化合物或环境变化能力的传感器对于监测和检测目标物质至关重要。
化学光学提供了一种高灵敏度和高选择性的传感器设计方法，使得准确、快速地检测目标物质成为可能。
光与物质的相互作用吸收散射与透射
光与物质的相互作用吸收散射与透射光与物质的相互作用：吸收、散射与透射光是一种电磁波，它在传播过程中与物质相互作用，产生吸收、散射和透射等现象。
本文将详细探讨光与物质的相互作用过程，以及吸收、散射和透射的基本原理。
一、光与物质的相互作用光与物质的相互作用是指光在传播过程中与物质之间发生的各种物理变化。
这些变化包括光的吸收、散射和透射。
当光通过物质时，它与物质中的原子、分子或晶体结构相互作用，产生能量的转移或改变。
光通过物质时，其中一部分能量被物质吸收，而另一部分能量则被物质散射或透射。
吸收是指当光传播到物质内部时，物质吸收光的能量并转化为其他形式的能量，例如热能。
散射是指当光遇到物质表面或内部不规则结构时，其方向发生改变而改变传播路径。
透射是指当光穿过物质时，保持传播方向而不发生路径改变。
二、吸收的原理吸收是光与物质相互作用中的一种重要现象。
当光传播到物质中时，物质中的原子、分子或晶体结构吸收光的能量。
原子和分子对于光吸收有着特定的选择性，只吸收特定波长的光。
当吸收光的能量大于物质的离子激发能量时，该光子将被完全吸收。
吸收的级别取决于光的波长以及物质本身的特性。
吸收过程中，光的能量被转化为物质内部的电子能量或分子的振动能量。
这些能量转化导致了物质的加热，即光能转化为热能。
因此，吸收在理解光照射物体时的能量转换机制中起着重要作用。
三、散射的原理散射是光与物质相互作用中的另一种现象。
当光遇到物质表面或内部的不规则结构时，其传播方向发生改变，而不改变光的能量。
物质的结构不均匀性导致了光的散射现象。
散射包括弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指光子与物质中的原子或分子相互作用，但光子的能量保持不变。
非弹性散射则是指光子与物质相互作用后其能量发生改变。
散射对于解释光为何能够在物质中传播以及观察到物体的颜色等现象具有重要意义。
四、透射的原理透射是光传播过程中的一种现象，指的是光通过物质时，保持传播方向而不改变传播路径。
光与物质的粒子体系相互作用的过程是
光与物质的粒子体系相互作用的过程是一直以来，光与物质的相互作用一直是自然科学和物理学领域中的重要研究课题。
光作为一种电磁波，具有粒子性质，而物质则由分子、原子和基本粒子等构成。
当光与物质相互作用时，光的粒子性质与物质的粒子体系之间发生一系列的相互作用过程。
1.第一步：光的射入与吸收当光照射到物质上时，它会与物质的分子或原子相互作用。
这种相互作用过程，最基本的表现就是光的吸收。
光的能量被吸收后，被物质的粒子转化为热能或其他形式的能量。
当光被吸收时，物质的电子会吸收光的能量，跃迁到更高能级，从而改变了物质的能级结构。
2.第二步：光的散射与透射除了吸收，光还可以在物质中发生散射和透射。
散射是指光在物质中的粒子上发生的随机散射现象。
当光的波长与物质粒子的尺寸相当时，光的能量会被物质粒子吸收并再次辐射出去，形成散射现象。
透射则是指光通过物质而不被吸收或散射，使得光线能够穿透物质并传播。
3.第三步：光的激发与辐射当物质吸收光能量后，物质的原子或分子的电子会跃迁到激发态。
在激发态下，电子具有较高的能量级，随后会发生自发辐射或受激辐射过程。
自发辐射是指电子从激发态跃迁到较低的能级时，释放出光子的能量。
受激辐射是指电子在受到外界的光激励后，跃迁到较低的能级，并释放出与激发光子相同频率的光子。
4.第四步：光的干涉与衍射当光通过物质或在物质表面发生反射时，会产生干涉和衍射现象。
干涉是指光的波前相遇并相互叠加，形成明暗交替的干涉条纹。
干涉可以通过干涉仪或薄膜等实验现象来观察和研究。
衍射是指光通过物体的缝隙或边缘时发生的弯曲和扩散现象。
衍射现象在光的波动性研究和光的粒子性质验证方面具有重要意义。
总结回顾：光与物质的粒子体系相互作用过程是复杂而多样的。
从光的射入与吸收开始，光的能量被物质的粒子吸收并转化为其他形式的能量。
接下来，光的散射与透射使得光与物质发生相互作用，从而产生散射和透射现象。
随后，物质的电子跃迁到激发态，产生自发辐射和受激辐射的过程。
2-2 光与物质相互作用
n2(t) n20 e
A21t
理学院 物理系
§2.2光与物质相互作用.玻色爱因斯坦关系式 2—E2能级平均寿命，定义：E2上粒子数变为初 始值1/e所需时间，则：
1 A21 2 n20 n20 e e
因此：
A21
1
2
理学院 物理系
A21—自发辐射几率；自发辐射爱因斯坦系数。
理学院 物理系
§2.2光与物质相互作用.玻色爱因斯坦关系式
热平衡状态下：自发辐射和受激辐射光强比为：
I sp I ste
A21 e B21
h kT
1
2014年6月10日星期二
理学院 物理系
B21—受激辐射爱因斯坦系数。
理学院 物理系
§2.2光与物质相互作用.玻色爱因斯坦关系式 二、爱因斯坦三系数A21，B12，B21关系 热平衡状态下，E1、E2能级上原子数密度保持不变：
Байду номын сангаас
dn21 dn21 dn12 ( ) sp ( ) st ( ) st dt dt dt
即：
A21 n2 B21 ( ) n2 B12 ( ) n1
ν
⑵受激辐射跃迁几率w21
2014年6月10日星期二 理学院 物理系
§2.2光与物质相互作用.玻色爱因斯坦关系式
dn 21 1 w 21 ( )st dt n2
⑶受激辐射特点 a.必须在外界辐射场作用下进行； b.受激辐射跃迁几率w21与原子本身性质和外界辐射 场有关；
w21 B21 ( )
§2.2光与物质相互作用.玻色爱因斯坦关系式 一. 三种相互作用 1.自发辐射 ⑴定义：处于高能级的一个原子，在没有外来光子 的情况下，自发向E1跃迁，并发射出一个能量为 hν 的光子。 E2 E1
光与物质的相互作用
光与物质的相互作用光与物质的相互作用主要可以分为传播和相互作用两个过程。
既有光的传播过程，也有光的相互作用过程。
光的传播是指光线在真空或介质中直线传播的过程，而光的相互作用是指光线与物质接触后所产生的光与物质相互影响的现象。
在光的相互作用中，光与物质之间会发生反射、折射、透射、散射、吸收、发射等现象。
其中，反射是指光线在与物体相交时，一定程度上会被物体反射，反射后的光线会与入射光线沿着相同的角度反射回去；折射是指光线入射到介质中时，由于光在介质中传播速度的变化而产生偏折；透射是指光线在穿过介质时不改变方向的现象；散射是指光线经过物体或介质后的随机分散现象；吸收是指光在物体中的能量被物体吸收，导致光线变弱或消失；发射是指物质在光线的作用下释放出能量，放出光线。
除了以上这些现象，光还可以与物体的表面纹理、颜色等特性相互作用。
比如光在不同颜色的物体表面上的表现是不同的，不同颜色物体之间对光的反射和吸收程度也不同。
此外，物体表面的光滑度、粗糙度、斜率等特性都会对光的反射和折射产生影响。
在实际应用中，光与物质的相互作用可以产生各种不同的效果。
在电子学领域，光与半导体材料的相互作用产生的效应是光电效应；在光学领域，光与光学元件的相互作用可以产生透视、成像等效应；在材料科学中，光与材料的相互作用可以产生光敏效应、荧光效应等等。
总之，光与物质的相互作用是一种普遍存在于自然界的现象，涉及到物理学、化学、材料科学等多个学科。
对光与物质相互作用的研究，不仅有助于深化对物质结构和性质的认识，也对研究在生物、通信、能源等领域的应用具有重要意义。
第01章光与物质相互作用的一些基本概念
(1.2.22)
非奇异方阵 A 之逆等于它的伴随矩阵被 A 的行列式所除，即
(1.2.6)
ˆ 在 F 表象中的表示(用圆括号括号的符号，表示是一个矩阵，不加括号时，则表示该 矩阵 ( L jk ) 称为算符 L ˆ 作用下如何变化。 ˆ 运算后(变 矩阵的矩阵元)。 它的矩阵元 L jk 刻画 F 表象中的基矢 k 在算符 L 基矢 k 在 L
L1k ˆ )在 F 表象中的表示(分量)，即矩阵 ( L ) 的第 k 列元素 L 。因此，矩阵 ( L ) 一经给定，则任何 成L k jk jk 1k
(1.2.14)
* , A* 表示。 A 的转置共轭矩阵也用有符号 A† , A
凡方阵 A 和它的转置共轭矩阵 A 相等者，则称为 A 的 Hermite 对称矩阵 (Hermitian sysmmetric maxtrix)，简称 Hermite 矩阵，即
H
A = AH
aij a*ji
(1.2.15)
式中， ij 称为克罗内克符号(Kronecker delta)，它的意义是
ij
0 (i j ) 1 (i
AB BA
用其乘积也是对角阵。 对角线上各元素为 1，其余均为零的方阵称为单位矩阵(unit matrix)，以 I 或 [ ij ] 表示，即
0 0 0 。 0 0 0
0 0 [bij ij ] b33
除对角线上各元素外，其余都是零的方阵称为对角阵，例如：
a11 A 0 0
0
a22 0
0 b11 0 0 [aij ij ] ， B 0 b22 a33 0 0
AA1 = A1 A = I
化学光学光与物质的相互作用
化学光学光与物质的相互作用光学是研究光的传播、吸收、反射、折射、干涉、衍射等现象的科学，而化学光学则是光学与化学的交叉领域，研究光与物质之间的相互作用。
光是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以看作是波动的能量传播，也可以看作是由光子组成的微粒。
在化学反应、光催化、光谱分析等领域，光学光与物质的相互作用起着至关重要的作用。
本文将从光的性质、光与物质的相互作用机制以及应用等方面进行探讨。
光的性质光是一种电磁波，具有波长、频率和能量等特性。
光的波长范围很广，从长波红光到短波紫光都包括在内。
根据波长的不同，光可以分为可见光、紫外光、红外光等。
光的频率与波长呈反比关系，频率越高，波长越短，能量也越大。
光的传播速度在真空中为光速，约为3.00×10^8 m/s。
光的波动性和粒子性是光学的两大基本性质。
光的波动性体现在光的干涉、衍射等现象上，而光的粒子性则表现为光子的能量量子化。
光的波动性和粒子性相互联系，构成了光学的基础理论。
光与物质的相互作用机制光与物质的相互作用是光学光与化学的重要研究内容。
光与物质的相互作用机制主要包括吸收、反射、折射、透射、散射、干涉、衍射等过程。
1. 吸收：当光照射到物质表面时，部分光能被物质吸收，转化为物质内部的能量。
吸收光的能量可以激发物质内部的电子跃迁，产生光谱吸收峰。
2. 反射：光照射到物体表面时，部分光线会被物体表面反射回来，形成反射光。
反射光的强弱取决于物体表面的光滑程度和入射角度等因素。
3. 折射：当光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质密度的不同，光线会发生折射现象。
折射定律描述了光线在介质界面上的折射规律。
4. 透射：当光穿过透明介质时，部分光线会透射到介质内部，形成透射光。
透射光的强弱取决于介质的透明度和厚度等因素。
5. 散射：当光与物质发生碰撞时，光线会在各个方向上散射，形成散射光。
散射光的强弱与物质的粗糙程度和颗粒大小等因素有关。
6. 干涉：当两束相干光线叠加在一起时，会产生干涉现象。
光与物质的相互作用
光与物质的相互作用光是一种电磁波，它在物质上的作用称为光与物质的相互作用。
这种相互作用是通过光的电磁性质和物质的结构特性来实现的。
在我们日常生活中，我们经常能够观察到光与物质的相互作用的现象，如折射、反射、散射等。
这些现象都是由于光与物质之间的相互作用导致的。
折射是光通过两种介质之间的传播时的一种现象。
当光从一种介质传播到另一种介质时，它的传播速度会改变，从而导致其传播方向发生偏折。
这种偏折现象是由光在不同介质中的传播速度不同所引起的。
根据斯涅尔定律，当光从一种介质射入到另一种介质时，入射角和折射角之间有一个固定的关系。
这一关系通过折射定律来描述，即入射角的正弦值与折射角的正弦值成正比。
反射是光在遇到平滑界面时发生的一种现象，即光从一个介质射入另一个介质后，返回原来的介质中。
根据反射定律，入射角和反射角相等，且入射光线、反射光线和法线在同一平面内。
这种物理现象使我们能够观察到镜子中的自己，以及光的反射形成的景象。
散射是光在遇到不规则界面或杂质时发生的一种现象。
当光通过这样的物质时，它会被散射到各个方向上。
散射的原因是光与物质中的微观粒子相互作用，这些微观粒子会改变光的方向。
我们能够看到的自然光就是经过大量散射后的结果，这使得我们能够看到周围的物体。
除了折射、反射和散射之外，光还可以通过吸收和发射来与物质发生作用。
当光射入物质后，如果被物质吸收，光的能量将被转化为物质的热能。
而当物质处于激发态时，它可以通过发射光来释放能量，这种现象称为荧光。
荧光是物质吸收光能后再次发射出来的现象，我们可以用特定的荧光染料来制作荧光笔和发光物品。
除了折射、反射、散射、吸收和发射外，光与物质的相互作用还包括干涉和衍射等现象。
干涉是光通过多个波源或光程不同的路径进行叠加后形成的干涉条纹。
这种干涉现象可以用于测量光的波长和薄膜的厚度。
衍射是光通过小孔或经过细线等物体后发生的一种现象，产生的衍射图样遵循菲涅尔衍射公式。
衍射现象使我们得以观察到日常生活中的彩虹、光的波纹等。
大学物理学习指导 第10章 光与物质的相互作用
第10章 光与物质的相互作用10.1 内容提要（一）光的波粒二象性 1.普朗克量子假设（1）一个频率为v 的谐振子只能处于一系列不连续的分立状态，在这些状态中，谐振子的能量只能是某一最小能量ε= hv 的整数倍，即hv ，2hv ，3hv ，…，nhv其中n 为正整数，h 是普朗克常量，ε=hv 称为能量子。
（2）当谐振子从一个量子态跃迁到另一个量子态时，谐振子将发射或吸收以能量子（现称为光子）为单位的电磁能。
一个光量子的能量就是两个相邻量子态之间的能量差，即Thh E ==ν （10.1） 而当谐振子停留在原来的量子态时，它将不发射或吸收任何能量。
普朗克的量子假设突破了经典物理学的观念，第一次提出了微观粒子具有分立的能量值，即振子的能量是按量子数做阶梯式分布，后来人们把振子处于某些能量状态，形象地称为处于某个能级。
2.爱因斯坦的光量子学说（1）光电效应：当光照到某些金属的表面时，金属内部的自由电子会逸出金属表面，这种光致电子发射现象叫做光电效应。
（2）爱因斯坦的光量子假设：光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子叫光量子，也叫光子。
光子以光速运动，对于频率为v 的光束，光子的能量为νεh = （10.2）按照爱因斯坦的光子假设，频率为v 的光束可以看作是由许多能量均等于hv 的光子所构成；频率越高，光子的能量越大；对给定频率的光束来说，光的强度越大，就表示光子的数目越多。
（3）爱因斯坦的光电效应方程：0221A m h m +=v ν （10.3） 式（10.3）中A 0为逸出功，221m m v 为电子的初动能。
3.光的波粒二象性（1）光子的能量： λνhch E == （10.4）（2）光子的质量： λνhch m ==2（10.5）（3）光子的动量： λhmc p == （10.6）（二）光的吸收 散射 色散 1.光的吸收（1）朗伯定律：当一束单色光透过一定厚度的介质时，透射光的强度就会降低，并且产生吸收光谱。
光与物质的相互作用
光与物质的相互作用首先，光的散射是指入射光的方向发生改变，但并不改变其能量、频率和波长。
散射现象可以由不同的粒子之间的相互作用引起，其中最常见的是光与大气中悬浮微粒（如尘埃、烟雾等）之间的散射作用。
当入射光与微粒碰撞时，根据散射粒子的大小和入射光的波长，光在球形散射波中的散射角度会有所不同。
根据散射角度的不同，可以将散射现象分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指入射光的频率和波长不发生改变，而非弹性散射则是指光的频率和波长发生改变。
接下来，光的折射是指光通过两种介质的交界面时，由于介质的光速不同而改变方向。
折射现象可以通过斯涅尔定律进行定量描述，该定律说明了折射角与入射角、两种介质的光速之间的关系。
这一现象可以通过光的波动性进行解释，根据光的波长和介质的折射率来确定光在介质中传播的速度。
光的折射也是许多光学器件和光纤通信系统中的基本原理之一此外，光的吸收是指光能量被物质吸收而转化为热能或激发物质内部的能级跃迁。
当光波碰撞到物质表面时，能量会被物质吸收，导致物质内部的电子激发、原子或分子的振动等。
这一过程可以用物质的吸收光谱来研究，吸收光谱会显示出一系列的吸收峰，每个峰对应着特定波长的光被吸收的特定能级跃迁。
在材料科学中，光的吸收是研究材料光学性质、颜色和透明度等的重要手段。
光的发射是物质对能量的释放过程，当物质受到外界能量激发时，能量激发物质内部的电子跃迁，从而导致发光现象。
这种发射光谱可以是连续的光谱，也可以是发射线谱。
连续光谱是指发射光在所有波长上都有连续分布，典型的例子是黑体辐射。
而发射线谱则是指在一些特定波长上出现明显的发射峰，这是因为特定的能级跃迁导致特定波长的光被发射出来。
最后，光与物质的相互作用还可以在更微观的层面上进行研究。
例如，当光与物质中的原子或分子相互作用时，可以产生拉曼散射现象。
拉曼散射是指入射光与物质中分子振动引起的光子能量转移到一个不同频率的光子上，其中大部分为散射光，少部分为受激拉曼散射光。
光和物质相互作用的三个过程
光和物质相互作用的三个过程在日常生活中，光和物质的相互作用无处不在，从阳光照在窗台的温暖感觉，到霓虹灯下的五光十色。
今天，我们就来聊聊光和物质之间的三种主要互动方式：吸收、反射和折射。
听起来有点儿复杂，但别担心，我们慢慢来探讨。
1. 吸收：光的“消失”1.1 吸收的基本概念首先，光的吸收是指光进入物质后，被物质“吞噬”了。
比如说，你站在阳光下，感到暖洋洋的，这就是阳光被你身上的衣物吸收了。
光在这里被转化为热量，物质变得暖和起来。
1.2 吸收的例子想象一下夏天你穿的黑色衣服，太阳照在你身上，黑色衣服吸收了大量的阳光，因此你会觉得特别热。
这就是光的吸收作用。
黑色吸收光的能力强，而白色则反射光，所以你会觉得穿白色衣服要凉快些。
2. 反射：光的“弹跳”2.1 反射的基本概念接下来，我们谈谈反射。
光的反射就是光碰到物体表面时，像弹球一样“弹回”去。
简单来说，就是光“照”在物体上，然后回到你的眼睛里，这样你才能看到物体的样子。
比如你在镜子前面，镜子里的你就是通过光的反射看到的。
2.2 反射的例子举个例子，如果你在湖边看到自己的倒影，那就是光被湖水表面反射了。
镜子也是类似的原理，光在镜子表面弹回，所以你能看到自己。
你也可以想象一下，车灯照在路上，车灯的光线在道路上反射，照亮了前方的路。
3. 折射：光的“弯曲”3.1 折射的基本概念最后，我们来聊聊折射。
光的折射就是光线穿过不同密度的物质时，发生弯曲的现象。
你可以把它想象成光在水里游泳，水的密度改变了光的游泳路线。
比如，当光从空气进入水中时，它会发生弯曲，这就是折射。
3.2 折射的例子举个常见的例子，当你把一根直棍子插进水里，你会发现那根棍子看起来像是弯曲了一样。
这是因为光从空气进入水中，改变了传播方向。
还有，眼镜的原理也是基于折射，通过特殊设计的镜片，改变光线的折射路径，让你看得更清楚。
总结所以，无论是光的吸收、反射还是折射，它们都在悄悄影响着我们的世界。
光和物质的互动就像是一场无声的舞蹈，展示着自然界中那最基本的规则。
光与物质的相互作用
光与物质的相互作用首先，光与物质的相互作用是基于光的性质和物质的结构与特性之间的相互关系。
光是一种电磁波，具有能量和动量。
物质则包括原子、分子和更大尺度的结构，具有不同的物理和化学性质。
光与物质之间的相互作用可以通过吸收、反射、散射、折射、透射等方式实现。
光的吸收是指物质吸收光的能量，导致其内部的原子、分子或电子发生相应的能级变化。
这些能级变化可能是电子从低能级跃迁到高能级，也可能是振动或转动的能级发生变化。
当光被吸收后，物质会发生各种不同的反应，如产生热量、发光、化学反应等。
光的反射是指光线从物质表面弹回的过程。
根据菲涅尔定律，入射角等于反射角，反射的方向与入射角度相对称。
这一反射现象在日常生活中经常可以观察到，如镜子、金属表面的反射。
反射还可以通过光的波长和物质的表面结构来调节，例如光的波长与物体的尺寸相当时，会出现衍射现象。
散射是指光在物质中传播时，由于与物质的结构变化相互作用而改变传播方向的过程。
散射可以分为弹性散射和非弹性散射两种形式。
弹性散射是指光子和物体之间没有能量和动量的交换，例如雷射光在空气中的散射。
非弹性散射则是指光子和物体之间有能量和动量的交换，通常伴随着能级变化，如拉曼散射和布喇格散射。
光的折射是指光线从一个介质传输到另一个介质时，由于介质的密度和折射率不同而改变传输方向的过程。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角满足的关系为n1*sinθ1=n2*sinθ2，其中n1和n2分别为两种介质的折射率。
这一折射现象在光的传输和光学器件中具有重要的应用，如透镜、棱镜等。
光的透射是指光线穿过物质的过程。
透射通常发生在介质具有较低的折射率或较小的吸收能力时，使光线能够通过物质而不被吸收或反射。
透射可以是透明的，如玻璃、水等；也可以是半透明的，如糖浆、软木等。
物质对光的透射性质可以通过其折射率和吸收系数来描述。
除了上述基本的光与物质的相互作用方式外，光与物质之间还存在一些更特殊的相互作用效应，例如光的激发和放射、光的量子效应、光的相干特性等。
光与物质的三种作用
光与物质的三种作用光与物质是两种不同的存在形式，它们之间存在着多种作用关系。
在自然科学领域中，光与物质的相互作用是一门重要的研究领域。
本文将从光与物质的三种作用角度出发，分别探究它们之间的相互作用方式。
一、光的照射作用光的照射作用是指光线对物质的照射所产生的影响。
光的照射作用可以分为两类，一类是对物质的物理性质产生影响，另一类是对物质的化学性质产生影响。
在物理性质方面，光的照射作用可以使物质发生光学效应。
例如，光线可以使光学元件产生折射、反射、漫反射等效应。
此外，光的照射作用还可以使物质发生热效应。
例如，在太阳光下，黑色物体吸收光线后会产生热量，从而使温度升高。
在化学性质方面，光的照射作用可以使物质发生光化学反应。
例如，光线可以使物质发生光解反应、光氧化反应等。
光化学反应是一种特殊的化学反应，它是在光的作用下发生的。
二、光的传播作用光的传播作用是指光线在空间中传播时对物质的作用。
光的传播作用可以分为两类，一类是对物质的物理性质产生影响，另一类是对物质的化学性质产生影响。
在物理性质方面，光的传播作用可以使物质产生光学效应。
例如，光线经过透明物质时会发生折射、反射、漫反射等现象。
此外，光的传播作用还可以使物质发生色散现象。
在化学性质方面，光的传播作用可以使物质发生光化学反应。
例如，在光线的作用下，化合物分子中的某些键能够断裂，从而使分子结构发生改变。
三、物质的发光作用物质的发光作用是指物质发出光线的现象。
物质的发光作用可以分为两类，一类是热辐射，另一类是非热辐射。
热辐射是指物质发出的光线与物质的温度有关。
例如，黑体发出的光线就是一种热辐射。
黑体的温度越高，发出的光线就越亮。
非热辐射是指物质发出的光线与物质的化学性质有关。
例如，荧光物质在受到激发后会发出光线，这种光线就是一种非热辐射。
荧光物质发出的光线与其分子结构有关。
光与物质之间存在着多种作用关系。
光的照射作用可以使物质发生光学效应和光化学反应；光的传播作用可以使物质产生光学效应和光化学反应；物质的发光作用可以分为热辐射和非热辐射。
大学物理-16光与物质相互作用
相干散射与非相干散射效果相同，散射光强也是瑞利 散射光强公式。
3、散射光的偏振状态
云层中有大量半径与可 见光相近的水滴，其对 所有波长的可见光都一 视同仁地散射，所以我 们看到云是白色的。
散射概率 瑞利区
0.05
米氏区 a/
三、拉曼散射
用单色光照射某些物质，垂直于入射方向测光谱，散 射光除原频率外，还有一系列对称的谱线，频率低于 入射光频率的称为红伴线（斯托克斯线），高于入射 光频率的称为紫伴线（反斯托克斯线），这就是拉曼 散射现象。
分子的极化率：，有一般的感生电偶极矩与策动
电场的关系：
p 0E 0E0 cost
3、感生电偶极矩讨论
p q2 E0 cos (t ) m ( 2 02 )2 (2 )2
a) 感生电偶极矩的振幅与0，m和有关；幅角与 0，有关。
当 0，振幅最大。
m大，振幅小。原子核、离子：质量大，惯性大，
若分子感生偶极矩与策动电场方向平行，分子极化 率的大小与电场方向无关，称为各向同性分子。
若分子感生偶极矩与策动电场方向不平行，分子极 化率的大小与电场方向有关，称为各向异性分子。
注意：当介质中的分子无序分布时，无论由各向同 性还是各向异性分子组成，整个介质呈各向同性。
三、相干性分析
入射光作用下形成的振荡电偶极子是次级辐射源
解上面的两个方程：
a
(02
(02
2
2 )2
) f0
8旋光效应、光与物质相互作用(1)概述
I / 2 I
I0 [cos2
sin 2
sin 2(
) sin 2
]
2
2
0
是通过P1后的光强
2021/5/8
DUT 常葆荣
9
P1
晶片C P2
EoEe
EoEe
I0
I1
I0 2
ZZ 同频率
d
I
I0 [cos2
sin 2
sin 2(
) sin 2
]
2
2
2
ne no kE2 （k — 克尔常数）
当
ne no
l
2
克尔盒相当于半波 片——P2 透光最大
2021/5/8
DUT 常葆荣
有毒，纯 度要求高
优点：驰豫时
间短。 10-8 s
高速光开关 或光调制器
二 次 电 光 效 应
15
二、 泡克尔斯效应 (1893年) －－线性电光效应
P1
P2
E
磷酸二氢钾
为什么吸烟者吐出的烟是白色？既然人的眼睛对黄绿光
202敏1/5/感8 ，为什么危险讯号用红DU光T 常葆？荣
27
（3）拉曼散射 光源
散射物质
光谱仪
3 2 1 1 2 3
1 0 紫伴线 1 0 红伴线
0——分子的固有频率。 分子的固有频率不止一个， 所以拉曼光谱中还有
2、 3 ； 2、 3
2021/5/8
DUT 常葆荣
8
14.5 偏振光的干涉
P1
晶片C
P2 EoEe
EoEe
I0
P2
P1
I1
I0 2
光和物质之间的相互作用
光和物质之间的相互作用
光和物质之间存在多种相互作用方式，这涉及到光的性质和物质的性质。
首先，光可以被物质吸收、反射或透射。
当光线照射到物质表面时，一部分光被物质吸收，转化为热能；另一部分光被反射，即以同样的角度从物质表面反射出去；还有一部分光线穿过物质，即发生透射。
这些过程是光和物质相互作用的基本方式。
其次，光和物质之间的相互作用还涉及折射和色散。
当光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线的传播方向发生改变。
而色散是指不同波长的光在经过物质后会发生偏折，导致光的分解成不同颜色的现象。
此外，光和物质之间还存在荧光和磷光等现象。
当物质受到光的激发后，会发出特定颜色的光，这就是荧光现象；而在某些情况下，物质在受到光的激发后并不会立即发出光，而是在光源消失后才发出光，这就是磷光现象。
另外，光和物质的相互作用还包括光的波动性和粒子性对物质的影响。
例如，光的波动性使得光可以产生干涉和衍射现象，这些现象在物质的表面或结构上会产生特殊的光学效应。
总的来说，光和物质之间的相互作用是一个复杂而丰富的领域，涉及光的传播、吸收、反射、折射、色散以及物质的结构和性质对
光的响应等多个方面。
这种相互作用不仅在日常生活中具有重要意义，也在光学、材料科学等领域有着广泛的应用和研究。
光与物质相互作用
光与物质相互作用光与物质的相互作用是一个广泛而复杂的领域，涉及到光的传播、吸收、散射以及物质的响应和变化等方面。
在自然界和工程中，光与物质的相互作用起着重要的作用，不仅在科学研究中具有重要价值，也广泛应用于技术领域。
一、光的传播与物质的吸收光是一种电磁波，在真空中的传播速度是恒定的。
然而，当光与物质相互作用时，它的传播速度可能发生变化。
根据物质的折射率，光的传播方向和速度会发生改变。
这种现象称为光的折射。
例如，当光从空气中进入玻璃中时，光的传播速度减小，光线的传播方向发生偏折。
和折射相反的现象是反射，当光线遇到一个界面时，一部分光线会被反射回来。
反射可以使我们看到物体的形状和颜色。
在实际应用中，反射也被广泛应用于反光镜、光学元件等领域。
除了折射和反射，物质还可以吸收光的能量。
当光线与物质相互作用时，若能吸收的光被物质所吸收，而无法传递或反射，那么光的能量会被转化为被吸收物质的内部能量。
这种通过吸收光能转变物质本身性质的现象被称为光的吸收作用。
例如，红外线被人体组织吸收后，会产生热量，这是医学上使用激光治疗肿瘤的基础。
二、光与物质的散射现象在光与物质相互作用中，散射现象则是一种重要的现象。
散射是指当入射光通过物质时，光的传播方向改变，并且发生了波长的改变。
散射现象在日常生活中随处可见，如蓝天的颜色、云朵的白色等。
散射现象的具体表现形式有几种，其中最常见的是瑞利散射和米氏散射。
瑞利散射是当光与物体的尺寸相比较小时，比如空气中的分子或水中的悬浮颗粒，入射光波的方向改变并发生散射。
这就是为什么蓝天看起来蓝色的原因，因为大气中的氮氧分子会让太阳光中的蓝光散射到我们的视野中。
米氏散射则发生在具有比较大粒径的物体上。
当入射光的波长比物体的粒径大时，入射光波的方向会发生改变和散射。
米氏散射可以用于测量大气中的颗粒物质浓度，以及分析材料的粒径分布等。
三、光与物质的其他相互作用现象除了上述提到的光的传播、吸收和散射等基本相互作用方式，光与物质还存在着其他的复杂相互作用现象。