光的吸收、散射和色散

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1、第六章光的吸收、散射和色散课程的引入:前面各章主要讲授光的传播，从几何光学和波动光学探讨了物的成像和光的干涉、衍射；除了研究在各向同性均匀媒质中光的传播，还研究了光在各向异性媒质中的传播，主要是光在单轴晶体内的传播，如双折射现象，光学偏振器，波晶片等；其有一个共同的特点，即光在媒质内传播的过程中，不存在能量的损失。除了真空，没有一种媒质在严格意义上对光波是绝对透明的，光通过媒质时，部分光被媒质吸收，另一部分光被散射，余下来的部分按原来的传播方向继续前进；另一方面，不同波长的光在媒质中有不同的传播速度，即媒质对不同波长的光有不同的折射率；一束白光或多色光只要入射角不为零，不同波长的光就会按不同折

2、射角而散开，这就是色散（如以前所讲过的三棱镜的色散）。光的吸收、色散和散射是光在媒质中传播所发生的普遍现象，它们之间是相互联系的，研究这类现象，一方面可以了解光与物质的相互作用，有助于对光的本性的进一步了解，也可以得到许多有关物质结构的重要知识，促进应用光学的进一步发展。6.2光的吸收一般吸收——吸收比较弱，基本不随波长而变化。选择吸收——吸收比较强，随波长发生急剧变化。一、一般吸收和选择吸收自然界的物质都具有选择吸收，理想的一般吸收不存在，只能在一小段范围内。I一般吸收区域选择吸收区域(nm)I(a.u.)*普遍吸收和选择吸收(nm)I(a.u.)样品若物质对各种波长λ的吸收程度几乎相

3、等，即吸收系数与λ无关。在可见光范围内，意味着光束通过媒质后只改变强度，不改变颜色。如：空气、纯水、无色玻璃等媒质。普遍吸收三、光的吸收与波长的关系1、普遍吸收：若物质对各种波长λ的吸收程度几乎相等，即吸收系数α与λ无关。在可见光范围内，意味着光束通过媒质后只改变强度，不改变颜色。如：空气、纯水、无色玻璃等媒质。2、选择吸收：若物质对某些波长的光吸收特别强烈。由于可见光进行选择吸收，会使白光变为彩色光。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。*选择吸收(nm)I(a.u.)样品选择吸收：若物质对某些波长的光吸收特别强烈。由于可见光进行选择吸收，会使白光变为彩色光。绝

4、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。(nm)I(a.u.)吸收的线性规律光的强度随穿进媒质的深度而减小，这种现象称为媒质对光的吸收。二、朗伯定律吸收的线性规律—朗伯定律单色平行光束沿X方向通过均匀媒质，光的强度在经过厚度为dx的一层媒质时：I→I－dII0II-dIdxxx+dxlx实验表明：在光强范围内－dI∝Idx令：－dI=αIdxα与I无关，与波长有关。称为吸收系数写成指数关系式为：I=I0e－αl此称为朗伯定律。—吸收系数化学上：C—溶液浓度A—与溶质性质有关1.与媒质有关2.与波长有关——一般吸收区域小，基本不变选择吸收区域大，随波长急剧变化三、

5、吸收光谱朗伯定律是吸收光谱的基本原理。入射的有连续波长分布的光，透过物质后，在选择吸收区域，有些波长范围的光被强烈吸收，形成吸收光谱反映原子、分子结构特征——原子光谱、红外光谱地球大气层对可见光和波长3000A以上的紫外线是透明的，波长短于3000A的紫外线将被空气中的臭氧层强烈吸收。对于红外辐射，大气层在某些狭窄的波段内是透明的，透明的波段称为“大气窗口”。例：3～5um和8~14um是大气的两个窗口。利用这两个窗口，可以实现红外遥感和遥测，天气预报测量，军事领域可以进行红外制导和红外跟踪。oo观察吸收光谱的试验装置刚玉红宝石白宝石三基色相加混合红＋青＝白红＋绿＝黄蓝＋黄＝白绿＋蓝＝青绿＋品

6、红＝白红＋蓝＝品红红＋绿＋蓝＝白彩色显示器显示单元XYZ色度图当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光的。但当光束通过不均匀的透明介质时，则从各个方向都可以看到光，这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果，这种现象称为光的散射。例如，当一束太阳光从窗外射进室内时，我们从侧面可以看到光线的径迹，就是因为太阳光被空气中的灰尘散射的缘故。6.3光的散射光的散射——光束通过光学性质不均匀的物质时，向侧向传播的现象。原传播方向上的光强：a——吸收系数，s——散射系数一、非均匀介质中的散射二、散射和反射、漫射和衍射现象的区别反射——理想界面，物体线度远大于波长。漫射——非理想界面，可看成许

7、多无规小镜面，向各方向反射。衍射——个别不均匀区域造成的，线度可与光的波长相比拟。散射——大量，无规则排列，不均匀小区域集合造成的,线度可比光的波长小，且小区域间发生不相干叠加。散射类型1、瑞利散射发生于混浊介质中。原因是在混浊介质中包含许多线度比波长更小的、折射率不同的其他物质的微粒2、分子散射发生于表面看来均匀纯净的介质中。即使十分纯净的液体或气体，也能产生比较微弱的散射，这是由于分子热运动造