第六章第六章 光的吸收、散射和色散光的吸收、散射和色散主主 要要 内内 容容6.1 6.1 电偶极辐射对反射、折射现象的解释电偶极辐射对反射、折射现象的解释6.2 6.2 光的吸收光的吸收6.3 6.3 光的散射光的散射6.4 6.4 光的色散光的色散6.5 6.5 色散的经典理论色散的经典理论6.1 电偶极辐射对反射、折射现象的解释1 1、电偶极子模型（理想模型）、电偶极子模型（理想模型） 用一组简谐振子来代替实际物质的分子，每一振子可认为是一个电偶极子，由两个电量相等，符号相反的带电粒子组成，电偶极子之间有准弹性力作用，能作简谐振动。 两种振子：两种振子： 电子振子：电子振子：核假定不参加运动，准弹力的中心。 分子振子：分子振子：质量较大的一个粒子可认为不参加运动电偶极子模型2 2、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释解释1：各向同性均匀物质中的直线传播解释2：反射与折射解释3：布儒斯特定律6.2 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（3.55.0m） （石英） 任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。一、朗一、朗 伯伯 定定 律律 光通过物质时光通过物质时,光波中振动着的电矢量，将使物质中光波中振动着的电矢量，将使物质中的带电粒子作受迫振动，光的部分能量将用来提供这种受的带电粒子作受迫振动，光的部分能量将用来提供这种受迫振动所需要的能量。这些带电粒子如果与其它原子或分迫振动所需要的能量。这些带电粒子如果与其它原子或分子发生碰撞，振动能量就会转变为平动动能，从而使分子子发生碰撞，振动能量就会转变为平动动能，从而使分子热运动能量增加，物体发热。热运动能量增加，物体发热。 光的部分能量被组成物质的微观粒子吸取后转化为光的部分能量被组成物质的微观粒子吸取后转化为热能，从而使光的强度随着穿进物质的深度而减小的现象，热能，从而使光的强度随着穿进物质的深度而减小的现象，称为光的吸收称为光的吸收(absorption)。称为称为布格定律（布格定律（Bouguer law）或朗伯定律）或朗伯定律。该定律是布格。该定律是布格（P.Bouguer，16981758）在）在1729年发现的，后来朗伯年发现的，后来朗伯（J.H.Lambert，17281777）在）在1760年又重新作了表述。年又重新作了表述。比尔定律稀溶液中,有二、吸二、吸 收收 光光 谱谱连续光谱通过选择吸收的介质后，用用光计可看出，某些线段或某些波长的光被吸收吸收光谱。 下图为钠蒸汽的吸收光谱6.3 6.3 光的散射光的散射定义：当光通过光学性质不均匀的物质时，从侧向都可以看到光的现象叫光的散射。 分类：规律：衰减系数 散射系数 一、非均匀介质中的散射光学性质的不均匀： （1）均匀物质中散布着折射率与它不同的大量微粒 （2）物质本身的组成部分（粒子）不规律的聚集 例：尘埃、烟、雾、悬浮液、乳状液、毛玻璃等。 特征： 杂质微粒的线度小于光波长，相互间距大于波长，排列毫无规则， 在光照下的振动无固定位相关系，任何点可看到它们发出次波的 迭加，不相消，形成散射光。二、散射和反射，漫射和衍射的区别 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：次波中心的排列仍有某些不同的方向性 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 。三、瑞利散射 1.瑞利散射： 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， 即： 为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） 四、散射光的偏振四、散射光的偏振 从正侧面：平面偏振光从斜侧（侧C）：部分偏振光 X 轴：自然光各向同性介质：入射光为自然光各向异性介质：入射光为线偏振光偏振度： 侧向：部分偏振光退偏振度： 五、散射光强度 散射光强度相对入射光传播方向是对称的，对于垂直于入射光束的方向也是对称的。 入射光为自然光，则在C（在XOZ平面内）方向观察 其中： 六、分子散射六、分子散射定义：由于物质分子密度的涨落而引起的散射叫分子散射。 晴朗的天空呈浅蓝色清晨日出或傍晚日落时，太阳呈红色白昼的天空是亮的6.4 光的色散1 1、色散的特点：、色散的特点： (1)可用角色散率 表示. (2)棱镜折射而成的色散光谱是非匀排的 (3)光栅产生的衍射光谱是匀排的。 (4)同一种物质在不同波长区的角色散率有不同的值： 如棱镜的角色散率为 要研究色散，重要的是找 在各波长区的值，或者找出n=f（）的函数形式显示色散最清楚的方法2 2、正交棱镜观察法、正交棱镜观察法3 3、正常色散与反常色散、正常色散与反常色散(1). (1). 正常色散正常色散: :波长越短折射率越大的色散。波长越短折射率越大的色散。 柯西方程：经验公式，a、b、c为常数。 一般： 色散曲线的特点： 波长越短，折射率越大； 波长越短， 越大，角色散率也越大； 在波长一定时，不同物质的折射率越大, 也越大； 不同物质的色散曲线没有简单的相似关系.(2). (2). 反常色散：波长越短，折射率越小的色散反常色散：波长越短，折射率越小的色散. . 孔脱定律：反常色散总是与光的吸收有密切联系。 “反常”色散实际上也是很普遍的，“反常”并不反常，“反常”色散和 “正常”色散仅是历史上的名词。6 .5、色散的经典理论 设 不是恒量，而是随着频率变化，那么仍可由麦氏 关系来推得色散方程 由洛伦兹的经典电子论，得到电磁场频与介电常数的关系，由此得到与折射率的关系，解决了麦克斯韦理论的最初困难,阐明了色散现象。 利用电偶极子模型最后可得到即柯希公式