光的吸收、色散及散射.ppt

光学教程
专题光的吸收、色散和散射
10/10/2017
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专题光的吸收、色散和散射
研究的主要问题:
光经过介质时吸收规律的描述;
光波色散及相速和群速问题;
光的瑞利散射和米氏散射。
要点:
1. 从经典电磁理论角度讨论光的色散和散射;
2. 对波的群速和相速及其色散参数间的联系;
3. 不同散射的特点;
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吸收定律
光的强度随着进入介质的深度而减小的现象,称为光的吸收。
§1 光的吸收
式中称为该介质的吸收系数。积分有:
实验证明:
1729年,Bouguer导出;1760年,朗伯做了详细说明。故常称为布格定律或朗伯定律。
非线性时呢?
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溶液的Beer定律:
对于溶液,实验表明,其吸收系数与其浓度C 成正比:
Beer定律只有每个分子的吸收本领不受周围分子影响时才成立,当溶液浓度大到足以使分子间的相互作用影响到它们的吸收本领时,就会发生对比尔定律的偏离。
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溶液的Beer定律:
对于溶液,吸收系数与其浓度C 成正比:
为说明介质的吸收,还可引入衰减系数:
此时吸收定律可表为:
Beer定律只有每个分子的吸收本领不受周围分子影响时才成立,当溶液浓度大到足以使分子间的相互作用影响到它们的吸收本领时,就会发生对比尔定律的偏离。
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复数折射率:
吸收造成光波振幅衰减,平面光波传播有:
平面波函数可表为:
将指数写到一起,有:
复数n称为介质的复折射率,其实部表示介质的折射率,虚部n表示波产生的衰减。
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复数折射率:透明介质折射率是真空光速与介质中光速之比:n=c/v;介质中平面光波的传播可写为:
若形式地把折射率看成是复数,记为:
其中n和均为实数,则光波传播和光强有:
此即代表了一个随距离x衰减的平面波,称为衰减指数。介质的吸收可归并到一个复折射率中去,其虚部n反映了因介质吸收产生的波的衰减。对比朗伯定律可见:
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光的吸收与波长的关系:
普遍吸收:若物质的吸收系数与无关,则称为普遍吸收。(空气、纯水、无色玻璃……)
讨论:从广阔的电磁波谱来考虑,普遍吸收的介质是不存在的。在可见光范围内普遍吸收的物质,往往在红外和紫外波段进行选择吸收。选择吸收是光和物质相互作用的普遍规律。
常见光学材料的透光极限
选择吸收:若物质对某些波长的光的吸收特别强烈,则称为选择吸收。(绝大部分物体呈现颜色,都是其表面或体内对可见光进行选择吸收的结果。)
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吸收光谱:
当具有连续光谱的白光通过吸收物质后,通过光谱仪分析,即可观察到其“吸收光谱”。
物质的发射光谱有多种--线光谱、带光谱、连续光谱等;大致地,原子气体的光谱是线光谱、分子气体、液体和固体的光谱多是带光谱。吸收光谱的情况也是如此。
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吸收光谱:
同一物质的发射光谱和吸收光谱有相当严格的对应关系;若其自身发射某些波长的光,则其也强烈地吸收哪些波长的光。
氢发射光谱与吸收光谱
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