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Chap.6 Absorption、 Scattering and Dispersion of Light
主讲人:尹国盛 教授 河南大学物理与信息光电子学院
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Chap.6 Absorption、 Scattering and Dispersion of Light
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。 ——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 6.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释 6.2 光的吸收 6.3 光的散射 6.4 光的色散 6.5 色散的经典理论
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6.1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释 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……
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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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一、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;——可见光(石英) ②选择吸收:吸收很多,并且随波长而剧烈地变化。——红外光(3.5~5.0µm) 任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。
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二、朗伯定律 ⒈朗伯定律 光能→振动能→平动能→热能 ⒉比尔定律
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三、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。
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
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 廷 一、散射的基本概念 1.定义:当光束通过光学性质不均匀的物质时从侧向却可以看到光的现象,称为光的散射。 2.分类: ①
6.3 光的散射 一、散射的基本概念 1.定义:当光束通过光学性质不均匀的物质时从侧向却可以看到光的现象,称为光的散射。 2.分类: ① ②按不均匀团块性质 ⒊规律: 廷
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二、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:——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<。
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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: 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)
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四、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c ——部分偏振,正对x ——自然光. 各向异性介质:
入射光是线偏振光,侧向 ——部分偏振. 偏振度:
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五、散射光的强度 散射光的强度 —— CO 与 OX 轴之间的夹角 。
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六、分子散射 晴朗的天空呈浅蓝色、清晨日出和傍晚日落太阳呈红色。 白昼的天空是亮的、云雾呈白色等。
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6.4 光的色散 一、色散的特点 二、正交棱镜观察法 三、正常色散与反常色散
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一、色散的特点 1.色散光谱(由棱镜折射而成)是非匀排的,衍射光谱(光栅)的谱线是匀排的。 2.各种物质的色散没有简单的关系。
3.同一种物质在不同波长区的角色散率有不同的值: ) 它是两个因数的乘积:第一个因数主要与棱镜的棱角A有关,第二个因数有关棱镜物质的色散特性。 要研究色散,重要的是找 在各波长区的值,或者找出n=f(λ)的函数形式。
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二、正交棱镜观察法 ——显示色散最清楚的方法
二、正交棱镜观察法 ——显示色散最清楚的方法
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三、正常色散与反常色散 1. 正常色散: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: ①波长越短,折射率越大; ②波长越短, 越大,角色散率也越大; ③在波长一定时,不同物质的折射率越大, 也越大; ④不同物质的色散曲线没有简单的相似关系. 三、正常色散与反常色散
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三、正常色散与反常色散 2.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。
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6.5 色散的经典理论 介质的色散表示介质对于不同波长的入射光有不同的折射率,即:不同频率的光波在介质中的传播速度不同。
6.5 色散的经典理论 介质的色散表示介质对于不同波长的入射光有不同的折射率,即:不同频率的光波在介质中的传播速度不同。 λ 不同 → n 不同, 即: 不同 → 不同。
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