《光学教程》第五版 姚启钧 第六章 光的吸收、散射和0

1、第六章第六章 光的吸收、散射和色散* *6.16.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释电偶极辐射对反射和折射现象的解释6.26.2 吸收定律吸收定律6.36.3 瑞利散射瑞利散射6.46.4 正常色散和反常色散正常色散和反常色散* *6.56.5 光的相速度和群速度光的相速度和群速度光的吸收、散射和色散都是光与物质的相互作用，光的吸收、散射和色散都是光与物质的相互作用，真空中无这些现象。真空中无这些现象。吸收吸收光能在媒质中转化为热量光能在媒质中转化为热量散射散射光向侧向传播光向侧向传播色散色散在媒质中传播速度随频率变化在媒质中传播速度随频率变化6.2 6.2 吸收定律吸收定律一般吸收一般吸收

2、吸收比较弱，基本不随波长而变化。吸收比较弱，基本不随波长而变化。选择吸收选择吸收吸收比较强，随波长发生急剧变化。吸收比较强，随波长发生急剧变化。6.2.1 6.2.1 一般吸收和选择吸收一般吸收和选择吸收自然界的物质都具有选择吸收，理想的一般吸收不存在，自然界的物质都具有选择吸收，理想的一般吸收不存在，只能在一小段范围内。只能在一小段范围内。 I I一般吸收区域一般吸收区域选择吸收区域选择吸收区域6.2.2 6.2.2 吸收定律吸收定律强度为强度为I I0 0 的平行光束进入厚度为的平行光束进入厚度为l l的均匀物的均匀物质后，强度变为：质后，强度变为： 吸收系数，单位吸收系数，单位cmcm-

3、1-1朗伯定律朗伯定律化学上：化学上：lCAeII0C C溶液浓度溶液浓度A A 与溶质性质有关与溶质性质有关leII0I I0 0l lI I1.1.与媒质有关与媒质有关2.2.与波长有关与波长有关一般吸收区域一般吸收区域 小，基本不变小，基本不变 选择吸收区域选择吸收区域 大，大，随波长急剧变化随波长急剧变化朗伯定律是吸收光谱的基本原理。入射的有连续波长分朗伯定律是吸收光谱的基本原理。入射的有连续波长分布布的光，透过物质后，在选择吸收区域，在有些波长范围的光，透过物质后，在选择吸收区域，在有些波长范围被被强烈吸收，形成强烈吸收，形成吸收光谱吸收光谱反映原子、分子结构特征反映原子、分子结构特

4、征原子光谱、红外光谱原子光谱、红外光谱大气窗口大气窗口空间遥感探测、气象等研究空间遥感探测、气象等研究光的散射光的散射光束通过光学性质不均匀的物质时，光束通过光学性质不均匀的物质时， 向侧向传播的现象。向侧向传播的现象。原传播方向上的光强：原传播方向上的光强：lleIeIIsa00 a a吸收系数，吸收系数， s s散射系数散射系数6.3.1 6.3.1 非均匀介质中的散射非均匀介质中的散射6.36.3 瑞利散射瑞利散射sa衰减系数衰减系数微粒微粒散射散射物质中散布折射率不同的其它物质物质中散布折射率不同的其它物质分子分子散射散射物质分子不规则聚集物质分子不规则聚集6.6. . 非均匀介质中的

5、散射非均匀介质中的散射非均匀介质非均匀介质无规则排列，尺度小于波长，无规则排列，尺度小于波长，彼此间距离大于波长。彼此间距离大于波长。特点：特点：.3.2 .3.2 散射和反射、漫射和衍射现象的区别散射和反射、漫射和衍射现象的区别反射反射理想界面，物体线度远大于波长理想界面，物体线度远大于波长, ,表面的凹凸表面的凹凸远小于波长。远小于波长。漫射漫射非理想界面，可看成许多无规小镜面，向各非理想界面，可看成许多无规小镜面，向各方向反射。方向反射。衍射衍射个别不均匀区域造成的，线度可与光的个别不均匀区域造成的，线度可与光的 波长相比拟。波长相比拟。散射散射大量，无规则排列，不均匀小区域集合大量，无

6、规则排列，不均匀小区域集合造成的，线度可比光的波长小，且小区造成的，线度可比光的波长小，且小区域间发生不相干叠加。域间发生不相干叠加。.3.3 .3.3 瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射线度小于光的波长的微粒对入射光线度小于光的波长的微粒对入射光 的散射现象。的散射现象。41I散射光强度：散射光强度：瑞利定律瑞利定律.3.6 .3.6 分子散射分子散射分子无规则运动造成物质分子密度的涨落，分子无规则运动造成物质分子密度的涨落，即即物质分子物质分子不规则聚集，尺度小于不规则聚集，尺度小于微粒。微粒。散射光强度与波长成反比的作用更明显。散射光强度与波长成反比的作用更明显。现象：晴朗天空呈兰色现象：

7、晴朗天空呈兰色太阳早晚红、中午白太阳早晚红、中午白为什么用红色信号灯为什么用红色信号灯云由小水滴组成，颗粒较大，散射与波长关系不大，云由小水滴组成，颗粒较大，散射与波长关系不大，则呈白色则呈白色大气散射，一部分来自微粒散射，大部分由于分子散射大气散射，一部分来自微粒散射，大部分由于分子散射6.46.4正常色散和反常色散正常色散和反常色散色散色散n(n( ) )随光频率随光频率 变化。变化。6.4.1 6.4.1 正常色散正常色散42CBAn经验公式经验公式A, B, C A, B, C 为正的常量，它们与材料的性质有关。为正的常量，它们与材料的性质有关。反常区反常区 n n I I6.4.2 6.4.2