物理光学第5章-光的吸收色散和散射讲解学习.ppt

《物理光学第5章-光的吸收色散和散射讲解学习.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、物理光学第5章-光的吸收色散和散射§5-2介质的吸收与色散一般吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数不随波长而变（严格说来是随波长的变化可以忽略不计），这种吸收就称为一般吸收。选择吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数随波长而变，这种吸收就称为选择吸收。例：在可见光范围内，一般的光学玻璃，吸收都很小且不随波长而变，它就是一般吸收。而有色玻璃则是在可见光范围内具有选择吸收的媒质。例如，“红”玻璃是对红色微弱地吸收，而对绿色，蓝色及紫色光显著吸收的玻璃。若有一束白光通过这片玻璃，就只有红光能透过，白光

2、中的其余成分均吸收，这就是滤光的作用。§5-2介质的吸收与色散不过，一般吸收和选择吸收的区别是相对的、有条件的。任何物质，在一个波段范围内表现为一般吸收，在另一个波段范围内就可能表现为选择吸收，例如，普遍光学玻璃，对可见光吸收很弱，是为一般吸收；而在紫外红外波段，则表现出强烈的吸收，亦即选择吸收。任一介质对光的吸收都是由这样两种吸收组成的。吸收系数和消光系数（描述光波通过介质时的衰减特性。）之间有如下的关系复折射率：复折射率的实部就是通常所说的折射率，其虚部则是描述线性吸收的参量。5-2-2正常色散167

3、2年牛顿就发现了光的色散现象，他令一束近乎平行的白光通过玻璃三棱镜，在棱镜后的屏上得到一束彩色光带。。为了表征媒质折射率随波长变化的程度我们引入色散率，它在数值上等于波长差为1单位的两种光的折射率之差，即在实际工作中，选用光学材料时应注意其色散的大小，例如，同样是一块三棱镜，若是用作分光元件，则采取色散大的材料（火石玻璃）；若是用来改变光路的方向，如光学仪器中的转像棱镜等，则需用色散小的材料（冕玻璃等）。§5-2介质的吸收与色散实际上由于随变化的关系较复杂，无法用一个简单的函数表示出来，而且这种变化关系随

4、材料而异。因此一般都是通过实验测定随变化的关系，并作成曲线，这种曲线就是色散曲线。色散曲线的波长缩短时，折射率增大；且波长愈短，折射率增加的幅度也愈大。这种波长变小，折射率变大的色散一般称之为正常色散。除色散曲线外，还可利用经验公式求出不同波长时的折射率。在正常色散区这种经验公式最早是由科希于1836年通过实验总结得出的，其公式为式中A、B、C是常数，与材料的性质有关，由实验测定。常用光学材料的常数值可在有关手册中查到。在可见光区域内这个经验公式和实际情况符合得很好。而且在有些情况下，只要用公式的前两项就

5、可以了。这时只要测出相应于两个波长的折射率值，就可确定上式中的两个常数A和B。两个常数的科希方程是5-2-3反常色散现象：1862年在观察碘蒸气的色散现象时，发现蓝光的折射比红光的要小，这与上述正常色散的情况正好相反。反常色散：把折射率随波长的增大而增大的现象称为反常色散。解释：反常色散与媒质对光的吸收有密切的关系，反常色散区就是光的吸收区，而远离吸收区就又表现为正常色散的性质。由于所有媒质不可能对全部的电磁波区都是透明的，也就是说任何媒质都存在有吸收区，只不过媒质不同，吸收区的位置有变动而已。由此看来，

6、媒质的“反常色散”实为媒质与光相互作用而表现得十分正常的情况。但由于历史原因，“反常色散”这一名词沿用至今。5-2-3反常色散5-2-3反常色散洛伦兹的电子论假定：组成物质的原子或分子内的带电粒子被准弹性力保持在它们的平衡位置附近，并且这些带电粒子还是有一定的固有振动频率。在入射光的作用下，原子或分子发生极化，并依入射光的频率做强迫振动，形成振动的偶极子，从而发出次波。在均匀介质中，这些次波叠加的结果，使光只在折射方向上继续传播下去，在其它方向上，因次波的干涉而互相抵消，所以没有光出现。在非均匀介质中，由

7、于不均匀质点破坏了次波的相干性，使在其它方向上出现了散射光。5-2-4共振吸收在对吸收曲线作精确测量时发现，许多介质的吸收曲线在总体上是变化缓慢的，但在某些特定的波长有较强的吸收。这种吸收只在一极窄的波长范围内出现，使吸收曲线呈现为，在变化较慢的背景曲线上叠加一系列很窄的吸收峰。与吸收带的波段范围比较，吸收峰的宽度很窄，通常叫吸收线，吸收峰显示出，光波作用于介质时，在一系列特定的波长，与介质中的原子、分子共振，因而叫做共振吸收。在发生共振吸收时，介质的色散曲线明显地偏离柯西公式。在入射光的波长偏离共振波长

8、较多时，色散曲线遵循柯西公式，当入射光的波长在附近时，则呈现为反常色散。5-2-5气体的吸收气体对入射光波吸收的最主要的特点是：其吸收光谱是清晰、狭窄的吸收线，且吸收线的位置正好就是该气体发射光谱的位置。对于低气压的单原子气体，这种狭窄吸收线的特点表现得尤为突出。例如，氦、氖等惰性气体以及钠等碱金属蒸气的吸收光谱就是这种情况。如果一种气体是由二原子或多原子的分子所组成，那么，这些狭窄的吸收线就会扩展成为吸收带，这吸收带的特征由