关于光的吸收色散和散射第1页，共39页，星期日，2025年，2月5日第八章光的吸收、色散和散射课程的引入:一、前面各章主要讲授光的传播，从几何光学和波动光学探讨了物的成像和光的干涉、衍射；除了研究了在各向同性均匀媒质中光的传播，还研究了光在各向异性媒质中的传播，主要是光在单轴晶体内的传播，如双折射现象，光学偏振器，波晶片等；其有一个共同的特点，即光在媒质内传播的过程中，不存在能量的损失。第2页，共39页，星期日，2025年，2月5日二、除了真空，没有一种媒质在严格意义上对光波是绝对透明的，光通过媒质时，部分光被媒质吸收，另一部分光被散射，余下来的部分按原来的传播方向继续前进；另一方面，不同波长的光在媒质中有不同的传播速度，即媒质对不同波长的光有不同的折射率；一束白光或多色光只要入射角不为零，不同波长的光就会按不同折射角而散开，这就是色散（如以前所讲过的三棱镜的色散）。第3页，共39页，星期日，2025年，2月5日三、光的吸收、色散和散射是光在媒质中传播所发生的普遍现象，它们之间是相互联系的，研究这类现象，一方面可以了解光与物质的相互作用，有助于对光的本性的进一步了解，也可以得到许多有关物质结构的重要知识，促进应用光学的进一步发展。第4页，共39页，星期日，2025年，2月5日新授：
§1光的吸收一、吸收的线性规律1、光的强度随穿进媒质的深度而减小，这种现象称为媒质对光的吸收。2、仔细研究表明，媒质对光的吸收还应区分为真吸收和散射两种情况，前者是光能真被媒质吸收后转化为热能，后者则是光被媒质的不均匀性散射到四面八方，本节讲授前一种情况，即真吸收。第5页，共39页，星期日，2025年，2月5日3、吸收的线性规律—布格尔定律或朗伯定律单色平行光束沿X方向通过均匀媒质，光的强度在经过厚度为dx的一层媒质时：I→I－dI(见图1－1)xo。第6页，共39页，星期日，2025年，2月5日实验表明：在相当广阔的光强范围内－dI∝Idx令：－dI=αIdxα与I无关，称为吸收系数则:dI/I=－αdx→lnI－lnI0=－αlI=I0e－αl此称为布格尔定律或朗伯定律。Note:激光出现以后，光强大得多，α与场强或光强有关——非线光学领域。第7页，共39页，星期日，2025年，2月5日二、复数折射率1、透明媒质折射率：n=c/vn为实数沿X轴方向平面电磁波:E=E0exp[－iω(t－x/v)]=E0exp[－iω(t－nx/c)]电磁波不随距离衰减。2、光在媒质中传播存在吸收即衰减,应该在波函数和有关描述媒质性能的物理量中反映出来，为此引入复数折射率。～～～第8页，共39页，星期日，2025年，2月5日复数折射率：n=n(1+ik)n、k都是实数E=E0exp[－iω(t－nx/c)]=E0exp{－iω[t－n(1+ik)x/c]}=E0e－nkωx/cexp[－iω(t－nx/c)]光强：I∝E﹡E=∣E0∣2e－2nkωx/c其表示光强I随距离x衰减，故k称为衰减系数与：I=I0e－αl即I=I0e－αx比较可知:α=2nkω/c=4πnk/λ（ω=2π/T=2πλ/c)由此可见，媒质的吸收可以归并到一个复数折射率的概念中去：n的虚部反映了因媒质的吸收而产生的电磁波衰减,而其实部，则反映传播速度和色散情况的。～～～～～～～～第9页，共39页，星期日，2025年，2月5日三、光的吸收与波长的关系1、普遍吸收：若物质对各种波长λ的吸收程度几乎相等，即吸收系数α与λ无关。在可见光范围内，意味着光束通过媒质后只改变强度，不改变颜色。如：空气、纯水、无色玻璃等媒质。2、选择吸收：若物质对某些波长的光吸收特别强烈。由于可见光进行选择吸收，会使白光变为彩色光。绝大部分物体呈现颜色，都是其表面或