光与物质的相互作用光的量子性

光与物质的相互作用光的量子性第一页，共二十九页，编辑于2023年，星期五§1光的吸收开始涉及光和实物的相互作用。吸收——真吸收和散射。lxoxx+dxdxI0II+dI单色平行光，穿透媒质，I(x)，…，得——吸收系数一.光强

(因吸收而减弱)的规律再经dx，改变dI，(p.228)(1)第二页，共二十九页，编辑于2023年，星期五(极强光，不再是常数，以上的布格尔定律不成立。)上式称为布格尔定律或郎伯定律，它是布格尔(P.Bouguer,1698–1758)

在1729年发现的，郎伯(J.H.Lambert,1728–1777)在1760年重新作了表述。第三页，共二十九页，编辑于2023年，星期五例强度为I0的单色光垂直入射到有色玻璃片上，玻璃片的厚度为l，吸收系数为，折射率n=1.5。1.

试求透射光强和入射光强之比（不计多重反射）。2.

试求由于不计光强的反射损失而引起的相对误差是多少?假设能量反射率R很小。3.

试问在测量玻璃片的吸收系数的实验中，怎样消除由于反射引起的误差？解：1.

在玻璃片第一界面上反射的光强为进入玻璃片的光强为传播l距离后的光强为在玻璃片的第二界面上反射的光强为故透射光强为第四页，共二十九页，编辑于2023年，星期五透射光强与入射光强之比为由菲涅耳公式，正入射时的能量反射率R为2.

不计反射损失时，透射光与入射光的光强之比为考虑反射损失时，透射光与入射光的光强之比为第五页，共二十九页，编辑于2023年，星期五因此，不计反射损失引起的光强之比的绝对误差为相对误差为3.

用同种材料（即和R一定）制成的两块厚度不同的玻璃片来做实验，用同样的入射光强I0，测定透射光强。设厚度为l的玻璃片的透射光强为I2，厚度为l’的玻璃片的投射光强为I’2

，则第六页，共二十九页，编辑于2023年，星期五二式相除，得此比值与反射损失R无关，故得出玻璃片的吸收系数为第七页，共二十九页，编辑于2023年，星期五二.X射线断层成像

X射线断层成像，俗称CT，CT是ComputerizedTomography的简写。这项研究成果曾获1979年诺贝尔生物医学奖。一般的X光照片，是一个平面相，相片上的每一黑白点（称作像素），都是一束X射线穿过一个三维物体时，沿路径被吸收之后的总效果。整个相片是一个三维物体沿某一方向被X射线照射后的二维投影，人们不能从中了解物体某一点的吸收性质。从低维图象取得物体三维（即物体中每一成像单元）结构的问题称为三维重构。在X射线技术中，为了解物体三维结构，先进行断层成像。把物体划分成许多薄层，取得每一断层的相片（CT），这些相叠合之后，即构成立体相。取得断层像的过程是二维重构。第八页，共二十九页，编辑于2023年，星期五第九页，共二十九页，编辑于2023年，星期五以上是四个联立方程，解此方程即可求出未知的吸收系数到，用不同灰度表示值，即得到一个二维像。上述这类问题在物理上称为逆问题，是从结果反求原因的问题。对一个实际物体，要求成像的单元很小、数目很大（即要求分辨率高），而用X射线照射所得数据又相当多，则这种逆问题就并不是那么好解的，需用许多技术上和计算方法上的高度技巧。第十页，共二十九页，编辑于2023年，星期五三.复数折射率

吸收可归并到一个复折射率N中。在介质中沿x方向传播的的平面电磁波中电场强度可写作如下复数形式：这里n是实数，电磁波不随距离衰减。若形式地将其看作复数，并记做N的实部n与普通的折射率相当，其虚部称为消光系数,则(2)式化为(2)(3)第十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期五(4)(5)第十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期五(6)(5)与(1)比较，得第十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期五第十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期五Rknrrii第十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期五第十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期五第十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期五四.普遍吸收和选择吸收吸收与波长的关系。在广阔的波段上，每种物质都有其选择吸收波长。五.吸收光谱Fraunhofer谱线(p.233，表格)第十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期五

1938年，英国科学家发明了雷达(RADAR)，使几百乃至上千公里的飞机、战车、水面舰艇早早就被发现。RADAR=radiodetectingandranging第十九页，共二十九页，编辑于2023年，星期五第二十页，共二十九页，编辑于2023年，星期五第二十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期五§2色散同一物质中，光速和波长有关的现象叫色散。一.正常色散和反常色散在所取的频段中，若折射率n随波长的增加而单调下降，则称之为正常色散。无色透明材料(例如玻璃)在可见光范围是正常色散。(p.235,图2-2)科希(Cauchy)公式(1836)：第二十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期五在吸收带附近，n随波长的改变而急剧改变(且因有强烈吸收，不易观察)，吸收带两边较大的一侧n较大，这叫做反常色散。(历史遗留的称呼)第二十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期五二.一种物质的全部色散曲线一般特征：一系列吸收带，两相邻吸收带之间，n随的增加而单调下降。每经过一个吸收带，n显著增大。曲线总趋势是随增加而抬高。第二十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期五三.经典色散理论第二十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期五§3光的散射瑞利散射定律米-德拜散射理论第二十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期五喇曼(Raman)散射

喇曼在实验中发现，从某些纯净的有机液体中散射出来的微弱光中，含有入射光中并不存在的波长。1928年3月，喇曼在南印度科学协会的大会上公布了这一发现，1930年或诺贝尔物理奖。

差不多与此同时，前苏联物理学家曼杰利斯塔姆等人，在研究光在晶体上发生的散射光光谱时，也独立地发现了这种散射现象，他们把它称为联合散射。意思是说，这是光波和分子内的原子联合行动所造成的散射。第二十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期五液体，晶体，入射光0

，散射光，除了有0