光的吸收、散射和色散2N

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1、§４-２光的吸收和散射一、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3.5~5.0m的红外光却强烈吸收。1朗伯定律dxII-dII0ILx吸收系数与波长和介质本身性质有关，与入射光强无关。物理意义：单位长度上的光强吸收率，“－”号表示随吸收层厚度增加光能量减少。微分式：积分式：2比尔定律实验表明：在稀溶液中()二、光的散射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

2、四面八方传播的现象叫光的散射。２.衍射与散射的区别：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。１.光散射的原因3．瑞利散射实验白光通过浑浊物质时，沿z方向，散射光呈青蓝色，沿x方向，散射光呈红色。瑞利公式紫光的散射强度大约是红光的10倍。散射光强度4．散射光的强度设I0为沿入射自然光x方向的散射光强度，则从CO方向观察到散射光强度为散射光强度在Oxz平面内按方向分布曲线图。5.光的散射分类一类：散

3、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。1）小颗粒散射（颗粒线度a<0.3/2)散射规律：a）不变；b）I4（是瑞利散射）c）散射光强分布满足：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。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

4、射叫分子散射。解释现象：晴朗的天空是蓝的；白昼的天空是亮的；日出或日落看到的太阳呈红色，而正午时呈白色。地球大气层正午晨曦傍晚三、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：1正常色散（dn/d＜0）柯西公式：一般小波段范围内，取前两项：两边微分：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：

5、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。3相速度与群速度1）相速度单色平面波令相位(t-kz)=恒量两边微分波速：代表恒定相位向前移动的速度，所以又称相速。2）群速实际光波可视为由多个不同频率单色波叠加而成，各单色波以不同的相速v=/k传播。考虑最简单情况：两列振辐相等，振动方向相同，频率和波长相差很小，均沿z方向传播的单色平面波叠加而成的波群。令合成波即合成波为频率为，振幅随t缓慢变化的余弦波。波形图上形成波包。波包向前传播的速度即等振幅面向前推进的速度称为群速。同理，令两边微分：群速：振幅3）相速、群

6、速关系（瑞利群速公式）讨论：1）真空中无色散：dvp/d=0，vg=vp；2）正常色散：dvp/d＞0，vg＜vp；3）反常色散：dvp/d＜0，vg＞vp。