物理光学1光的吸收色散和散射.ppt

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1、一、光的吸收一般吸收：吸收很少，并且在某一给定波段内几乎是不变的；——可见光（石英）选择吸收：吸收很多，并且随波长而剧烈地变化。——红外光（3.5～5.0µm）任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。1.9光的吸收、色散和散射吸收定律为吸收系数---布格尔定律或朗伯定律光在均匀介质中传播，经过薄层dx后，由于介质的吸收，光强从I减少到(I-dI)。朗伯总结了大量的实验结果指出,dI/I应与吸收层厚度dx成正比稀溶液中溶液的吸收系数与浓度有关,比尔在1852年指出,溶液的吸收系数与其浓度c成正比,在溶液中的光强衰减规律为该

2、式即为比尔定律。各种物质的吸收系数的差别是很大。对可见光，金属玻璃空气大多数物质的吸收具有波长选择性，对于不同波长的光，物质的吸收吸收不同。吸收选择性可以用吸收系数和波长的关系曲线表示2.吸收的波长选择性对于液体和固体，吸收带都比较宽，而对于气体则比较窄，通常只有10－3nm量级。当白光射到红玻璃上时，只有红光能够透过，我们看到它呈红色。如果红玻璃用绿光照射，玻璃看起来将是黑色。例如，在可见光范围内，一般的光学玻璃吸收都较小，且不随波长变化，属一般性吸收，而有色玻璃则具有选择性吸收。2.吸收的波长选择性普通光学材料在可

3、见光区都是相当透明的，它们对各种波长的可见光都吸收很少。但是在紫外和红外光区,它们则表现出不同的选择性吸收。在制造光学仪器时,必须考虑光学材料的吸收特性。例如，紫外光谱仪中的棱镜、透镜需用石英制作,而红外光谱仪中的棱镜、透镜则需用萤石等晶体制作。几种光学材料的透光波段光学材料波长范围/nm光学材料波长范围/nm冕牌玻璃350~2000萤石(GaF2)125~9500火石玻璃380~2500岩盐(NaCl)175~14500石英玻璃180~4000氯化钾(KCl)180~23000应当指出，尽管朗伯定律总是成立，但比尔定律

4、的成立却是有条件的：只有在物质分子的吸收本领不受它周围邻近分子的影响时，比尔定律才正确。OHHOHHOHH当浓度很大，分子间的相互作用不可忽略时,比尔定律不成立。吸收光谱(Absorptionspectrum)介质的吸收系数及随光波长的变化关系曲线称为该介质的吸收光谱。光源吸收物质分光仪使一束连续光谱的光通过有选择性吸收的介质，再通过分光仪，即可测出在某些波段上或某些波长上的光被吸收，形成吸收光谱。气体吸收光谱的特点是：吸收光谱是清晰、狭窄的吸收线,吸收线的位置正好是该气体发射光谱线的位置。598.59588.99330

5、.29330.23285.30285.28/nm吸收光谱(Absorptionspectrum)对于单原子气体,这种狭窄吸收线的特点更为明显.例如氦、氖等惰性气体及钠等碱金属蒸气的吸收光谱。气体吸收的另一个主要特点是吸收和气体的压力、温度、密度有关，一般是气体密度愈大，它对光的吸收愈严重。由于这种吸收带特征决定于组成气体的分子，它反映了分子的特性，所以可由吸收光谱研究气体分子的结构。吸收光谱(Absorptionspectrum)对于固体和液体，它们对光吸收的特点主要是具有很宽的吸收带。固体材料的吸收系数主要是随入射

6、光波长变化，其它因素的影响较小。吸收光谱(Absorptionspectrum)激光工作物质YAG的吸收光谱/nm1.000.660.500.400.330.280.25对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的重要手段。例如,地球大气对可见光、紫外光是透明的,但对红外光的某些波段有吸收。透明的波段称为“大气窗口”,充分地研究大气的光学性质与“窗口”的关系,有助于红外导航、跟踪等工作的进行。吸收光谱(Absorptionspectrum)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧ0204060801000.720.941.131.381.9

7、02.74.36.015.0/m透过率/%如图所示，波段从1m到15m有七个“窗口”。吸收光谱(Absorptionspectrum)吸收光谱(Absorptionspectrum)地球周围是厚达约1000公里的大气层。大气层由氮、氧、二氧化碳、臭氧及其它稀有气体和水气、尘埃组成。较强的水汽吸收带位于:0.71~0.735m,0.81~0.84m,0.89~0.99m,1.07~1.20m,1.3~1.5m,1.7~2.0m,2.4~3.3m,4.8~8.0m。吸收光谱(Absorptionspe

8、ctrum)二氧化碳吸收带位于:13.5~17m。臭氧吸收带位于:9.5m附近。由于太阳四周大气中的不同元素吸收不同波长的辐射,因而在连续光谱的背景上呈现出一条条黑的吸收线,如图所示。ABCDEFGH400500600700夫朗和费首先发现,并以字母标志了主要的吸收线。吸收光谱(Absorptionspectru