第六章 光的吸收、散射和色散

1. 第六章 光的吸收、散射和色散

2. 主 要 内 容 6.1 电偶极辐射对反射、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

3. 6.1 电偶极辐射对反射、折射现象的解释 1、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： 电子振子：核假定不参加运动，准弹力的中心。 分子振子：质量较大的一个粒子可认为不参加运动

4. 电偶极子模型

5. 2、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. 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（3.5～5.0µm） （石英） 任一物质对光的吸收都由这两种吸收组成。

7. 一、朗 伯 定 律 光通过物质时,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(absorption)。

8. 称为布格定律（Bouguer law）或朗伯定律。该定律是布格（P.Bouguer，1698—1758）在1729年发现的，后来朗伯（J.H.Lambert，1728—1777）在1760年又重新作了表述。 稀溶液中,有 比尔定律

9. 二、吸 收 光 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

10. 衰减系数 散射系数 6.3 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：

11. 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。

12. 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<。

13. 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）

14. 偏振度： 退偏振度： 四、散射光的偏振 各向异性介质： 入射光为线偏振光 各向同性介质： 入射光为自然光 从正侧面：平面偏振光 从斜侧（侧C）：部分偏振光 X 轴：自然光 侧向：部分偏振光

15. 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：

16. 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

17. 6.4 光的色散 1、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（λ） 的函数形式

18. 2、正交棱镜观察法 ——显示色散最清楚的方法

19. 3、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.

20. (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。

21. 6 .5、色散的经典理论 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。 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 利用电偶极子模型 最后可得到 即柯希公式