第6章 光的吸收、散射和色散 光学基础 课件 (第四版,姚启钧)

吸收光谱在化学、国防、气象等部门有 广泛的应用。
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6.3 光的散射
一、散射的基本概念 二、散射与反射、漫反射及衍射现象的区别 三、瑞利散射 四、散射光的偏振性 五、散射光的强度 六、分子散射
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6.3 光的散射
6.3.1、非均匀介质中散射的经典图像 1.散射的定义：当光束通过光学性质不均匀的物
分 延 分 延 分 延 分 延 廷子 德 子 德 子 德 子 德 散 尔散 尔 散 尔 散 尔 射 系射 系 射 系 ： 散 射 系 ： 散 ： 散 射 由 运 乳 ： 散 射 由 射 由 运 乳 运 乳 ： 于 动 胶 ： 于 ： 于 动 胶 动 胶 射 由 运 乳 分 胶 造 液 分 胶 分 胶 造 液 造 液 子 体 ： 于 成 ， 动 胶 子 体 成 ， 子 体 成 ， ， 热 局 含 分 胶 造 液 ， 热 局 含 ， 热 局 含 部 有 的 的 子 体 部 有 成 ， 的 的 部 有 的 的 涨 烟 大 涨 烟 大 涨 烟 ， 热 大 局 含 落 雾 气 15落 雾 气 落 雾 气 引 灰 等 部 有 的 的
波的相位与物质的固有频率有关，故光的 传播速度与物质有关。
反射和折射时涉及两种物质， 在两种物质 内波有不同传播速度。从一种物质进入另 一种物质时，分子是不连续的，在此处波 的相位有突变，相干叠加后光的传播也有 变化：反射和折射。
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布儒斯特定律得解释：在布儒斯特角入射时， 在n2介质中所有次波的电矢量的平行分量与电 偶极子的方向相同，则在该方向上无电＝I e ⒉比尔定律
ACl 0
a
Aa - 与AC浓度无关的常数 .
吸收系数. a
A - 与浓度无关的常数 .
C 溶液的浓度.
稀溶液 : C
a
a
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6.2.3、吸收光谱
产生连续光谱的光源所发出的光，通过 有选择吸收的介质后，用分光计可以看出某 些线段或某些波长的光被吸收，这就形成了 吸收光谱。
可见光光波波长： 10-5cm >> 物质的基本组成 分子或原子的线度：10-8cm。
入射光波到达分子的不同部位时的相位相同， 同种分子排列规则、连续，次波间相位关系恒 定，满足惠更斯—菲涅尔原理。
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在均匀介质中，所有次波与入射光波的相 干叠加使波原来方向加强，其他方向相消， 波按原来的方向沿直线传播。
——光和物质的相互作用是不同物质光 学性质的主要表现——光和原子中电子的 相互作用.
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主要内容
电偶极辐射对反射和折射现象的解释 光的吸收 光的散射 光的色散 色散的经典理论
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6.1.2、 电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释
电偶极子模型——可以解释：光在均匀各向同 性物质中直线传播，光在两种物质界面上的反 射定律、折射定律、布儒斯特定律、光的传播 速度……
质时从侧向却可以看到光的现象，称为光的散射。 1）均匀介质中散 布者很多其他微粒， 且微粒的线度很小； 2）物质组成纯净， 但各部分密度不同， 整体也是不规整的 聚集。
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2.分类： ①按杂质的线度
线性米瑞氏利散散射射：：线线度度
/10
非线性拉曼散射自受发激拉拉曼曼散散射射
布里渊散射
②按不均匀团块性质
任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。 它们是物质吸收的一般属性。
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6.2.2、朗伯定律
⒈朗伯定律：光在同一吸收物质内通过同一距
离时，到达该处的光能力中将有同样百分比 的能量被该层吸收。
光能→振动能→平动能→热能
dI I
a
dx，II0
dI I
a
0ldx
ln I ，I＝I ea
I
a
0
0
⒊ 规律：
I I e I e (0s)
l
0
0
吸收系数 散射系数
0
s
＝＋－衰变系数
s
0
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6.3.2 散射与反射、漫反射及衍射现象的区别
1.散射与直射、反射及折射的区别——“次波” 发射中心排列的不同
散射时无规则，而后者有规则。
2.散射与漫反射的区别：——散射的次波中
心的排列无规则，漫反射在每个小平面区域
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6.2 光的吸收
一、一般吸收和选择吸收 二、朗伯定律 三、吸收光谱
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6.2 光的吸收 6.2.1 、一般吸收和选择吸收
所有物质对某些范围内的光都是透明的， 而对另一些范围的光却是不透明的。
①一般吸收：吸收很少，并且在某一给定 波段内几乎是不变的；——透明
②选择吸收：吸收很多，并且随波长而剧 烈地变化。——不透光
入射光为平行于z轴的 线偏振光入射时，其 散射微粒所发出的电 磁波的偏振方向如图 （a）所示
入射光为平行于z轴和y 轴的线偏振光----自然 光入射时，不同方向 的散射光的振动方向 如图（b）所示
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各向异性介质： 入射光是线偏振光，侧向及透射方向—
—部分偏振----退偏振。 各向异性介质中的电偶极子与入射的电
矢量不平行，其发射的次波振动方向不平 行。 偏振度： p I y I x
第6章 光的吸收、散射和色散
Chap.6 Absorption、Scattering and Dispersion of Light
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光通过物质时其传播情况就会发生变化： ⒈ 光束越深入物质，强度将越减弱；
①光的能量被物质吸收——光的吸收； ②光向各个方向散射——光的散射。
⒉ 光在物质中传播的速度将小于真空中 的速度且随频率而变化——光的色散。
即：
I=f () -4
f ()——光源中强度按波长的分布函数
3.应用：红光散射弱、
穿透力强（信号旗、
信号灯）→红外线
（遥感等），蓝光穿
透力弱，散射强。
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6.3.4、散射光的偏振性
各向同性介质：
入射光是自然
光，正侧方向—
—线偏振，斜方
向 ——部分偏振，
原传播方向 ——
自然光.
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用电偶极子模型解释：
内次波中心的排列仍有规则。
3.散射与衍射的区别： 衍射：因个别的不均匀区域（孔、缝、小障 碍等）所形成的，不均匀区域范围大小≈。 散射：大量排列不规则的非均匀小“区域” 的集合所形成的，非均匀小区域的线度<。
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6.3.3、瑞利散射
1. 瑞利散射：l< 的微粒对入射光的散射现象
2. 瑞利定律：散射光强度与波长的四次方成反比，