第6章光的吸收、散射和色散课件.ppt

1、第六章第六章 光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散Chap.6 Absorption、Scattering and Dispersion of Light 光通过物质时其传播情况会发生变化，这种变光通过物质时其传播情况会发生变化，这种变化主要表现在两个方面：化主要表现在两个方面：1.1.光束越深入物质，强度将越弱光束越深入物质，强度将越弱（1 1）一部分光的能量被物质吸收）一部分光的能量被物质吸收光的吸收光的吸收（2 2）一部分光向各个方向散射）一部分光向各个方向散射光的散射光的散射2.2.光在物质中传播的速度将小于真空中的速度且随光在物质中传播的速度将小于真空中的速度且随频率而变化频率而

2、变化光的色散光的色散 6.1 电偶极辐射对反射、折射现象的解释电偶极辐射对反射、折射现象的解释6.2 光的吸收光的吸收6.3 光的散射光的散射6.4 光的色散光的色散6.5 色散的经典理论色散的经典理论6.2 光的吸收光的吸收n 一般吸收：一般吸收：吸收很少，并且在某一给定波段内几乎是不吸收很少，并且在某一给定波段内几乎是不变的；变的；n 选择吸收：选择吸收：吸收很多，并且随波长而剧烈地变化。吸收很多，并且随波长而剧烈地变化。n 吸收光辐射或光能流是物质的一般属性。任一物质对光吸收光辐射或光能流是物质的一般属性。任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。的吸收都由这两种吸收组成。一、一般吸收和选择

3、吸收一、一般吸收和选择吸收 二、朗伯定律二、朗伯定律1.1.朗伯定律朗伯定律 光在同一吸收物质内通光在同一吸收物质内通过同一距离后，光能量中将过同一距离后，光能量中将有同样百分比的能量被该层有同样百分比的能量被该层物质所吸收。物质所吸收。d()daIIx()a称为吸收系数称为吸收系数0 0d()dIdaIIxI 0lnln()aIId()0adII e2.2.比尔定律比尔定律0ACdII e稀溶液中稀溶液中,有有 该定律仅适用于物质分子的吸收本领不受四周邻近分子该定律仅适用于物质分子的吸收本领不受四周邻近分子影响的情况。当浓度很大时，分子间的相互作用不能忽略，影响的情况。当浓度很大时，分子间的

4、相互作用不能忽略，此时比尔定律不成立，但朗伯定律依然成立。此时比尔定律不成立，但朗伯定律依然成立。()aAC6.3 光的散射光的散射定义：当光束通过定义：当光束通过光学性质不均匀光学性质不均匀的物质时，从侧向可以看的物质时，从侧向可以看到光的现象叫做光的散射。到光的现象叫做光的散射。()00asddII eI esa：吸吸收收系系数数，：散散射射系系数数，：衰衰减减系系数数规律：规律：n 光学性质的不均匀：光学性质的不均匀：（1 1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒；）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒；例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液等。例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液等。（2

5、 2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集。）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集。n 特征：特征：杂质微粒的线度小于光波长（杂质微粒的线度小于光波长（/10），相互间距大于波），相互间距大于波长，排列长，排列毫无规则毫无规则，在光照下的振动无固定位相关系，任何，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不相干叠加，不相消，出现向各个点可看到它们发出次波的不相干叠加，不相消，出现向各个方向传播的散射光。方向传播的散射光。一、非均匀介质中的散射一、非均匀介质中的散射二、散射和反射、漫反射及衍射的区别二、散射和反射、漫反射及衍射的区别1.1.反射反射 反射定律仅在介质表面是理想光

6、滑平面（镜面）的条件反射定律仅在介质表面是理想光滑平面（镜面）的条件下方适用。下方适用。2.2.漫反射漫反射 可认为反射光束是许多小镜面的反射光的叠加。光从每可认为反射光束是许多小镜面的反射光的叠加。光从每个小镜面反射时仍遵从反射定律，只是这些小镜面的法线方个小镜面反射时仍遵从反射定律，只是这些小镜面的法线方向是向是杂乱无章杂乱无章的。尽管如此，由于各次波源的排列仍有一定的。尽管如此，由于各次波源的排列仍有一定的规律性，从侧面看，有些地方仍看不见光。的规律性，从侧面看，有些地方仍看不见光。3.3.衍射衍射 衍射是由个别不均匀区域（如小孔，缝或小障碍物等）衍射是由个别不均匀区域（如小孔，缝或小障

7、碍物等）造成的，这些不均匀区域的线度一般可与波长相比拟（几个造成的，这些不均匀区域的线度一般可与波长相比拟（几个到几十个波长），而且这些区域次波源的排列是规则的，它到几十个波长），而且这些区域次波源的排列是规则的，它们发出的次波有固定的相位关系，发生相干叠加。们发出的次波有固定的相位关系，发生相干叠加。三、瑞利散射三、瑞利散射观察散射光的装置观察散射光的装置 青蓝色青蓝色 红橙色红橙色 0()If4)(fI1.1.瑞利散射：瑞利散射：线度小于光的波长的微粒对入射光的散射现象。线度小于光的波长的微粒对入射光的散射现象。2.2.瑞利定律：瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，即：散射光强度与波

8、长的四次方成反比，即：4)(fI3.3.应用：应用：红光散射弱、穿透力强红光散射弱、穿透力强,（信号旗、信号灯）；（信号旗、信号灯）；红外线（遥感等）。红外线（遥感等）。四、分子散射四、分子散射晴朗的天空呈浅蓝色；晴朗的天空呈浅蓝色；清晨日出或傍晚日落时，太清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色。正午时太阳呈白阳呈红色。正午时太阳呈白色。色。定义：由于定义：由于物质分子密度的涨落物质分子密度的涨落而引起的散射叫分子散射。而引起的散射叫分子散射。例例6.1一个长为一个长为30cm的玻璃管中有含烟的空气，它能透过约的玻璃管中有含烟的空气，它能透过约60%的光。若将烟粒完全除去后，则的光。若将烟粒完全除去

9、后，则92%的光能透过。如果的光能透过。如果烟粒对光只有散射而无吸收，试计算吸收系数和散射系数。烟粒对光只有散射而无吸收，试计算吸收系数和散射系数。解：当烟粒完全除去后，只考虑空气的吸收效应，有解：当烟粒完全除去后，只考虑空气的吸收效应，有0adII e31011lnln0.922.78 10(cm)30aIdI 当吸收和散射效应同时存在时，有当吸收和散射效应同时存在时，有()0asdII e302111lnln0.62.78 1030 1.42 10(cm)saIdI 例例6.2若白光中波长为若白光中波长为400nm的紫光与的紫光与720nm的红光具有相的红光具有相同的强度，试计算在散射光中

10、两者的强度比例是多少？同的强度，试计算在散射光中两者的强度比例是多少？解：根据瑞利定律，散射光强度与波长四次方成反比，即解：根据瑞利定律，散射光强度与波长四次方成反比，即444472010=4001II紫紫红红红红紫紫6.4 光的色散光的色散一、色散的特点一、色散的特点n 色散的特点：色散的特点：1.1.色散光谱（由棱镜折射而成）是非匀排的，衍射光色散光谱（由棱镜折射而成）是非匀排的，衍射光谱（光栅）的谱线是匀排的；谱（光栅）的谱线是匀排的；2.2.不同物质的色散没有简单的关系；不同物质的色散没有简单的关系；3.3.同一种物质在不同波长区的角色散率有不同的值。同一种物质在不同波长区的角色散率有

11、不同的值。22d2sin2d=dd1sin2AnDnA显示色散最清楚的方法显示色散最清楚的方法二、正交棱镜观察法二、正交棱镜观察法三、正常色散与反常色散三、正常色散与反常色散1.1.正常色散正常色散:波长越短折射率越大的色散。波长越短折射率越大的色散。n柯西方程：柯西方程：n经验公式，经验公式，a、b、c为正的常数。为正的常数。一般：一般：24bcna2bna3d2dnb 色散曲线的特点：色散曲线的特点：（1 1）波长越短，折射率越大；）波长越短，折射率越大；（2 2）波长越短，）波长越短，越大，角色散率也越大；越大，角色散率也越大；（3 3）在波长一定时，不同物质的折射率越大）在波长一定时，

12、不同物质的折射率越大,也越也越大；大；（4 4）不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。）不同物质的色散曲线没有简单的相似关系。ddnddn孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。“反常反常”色散实际上也是很普遍的，色散实际上也是很普遍的，“反常反常”并不反常，并不反常，“反常反常”色散和色散和“正常正常”色散仅是历史上的名词。色散仅是历史上的名词。2.2.反常色散：波长越短，折射率越小的色散。反常色散：波长越短，折射率越小的色散。例例6.3由由a=1.53974和和b=4.5628103nm的玻璃构成的折射棱的玻璃构成的折射棱角为角为50的棱镜。当棱镜的位置放得使它对的棱镜。当棱镜的位置放得使它对550nm的波长处的波长处于最小偏向角时，试计算这个棱镜的角色散率。于最小偏向角时，试计算这个棱镜的角色散率。解：根据角色散率的定义解：根据角色散率的定义22d2sin2d=dd1sin2AnDnA由柯西公式得由柯西公式得21.55482bna513d25.4849 10nmdnb 522d2sin2d=6.1502 10rad/nmdd1sin2AnDnA