第十七讲 光与介质的相互作用.pptVIP

第二节 光与介质的相互作用 相互作用类型 材料的折射率 材料的透射率 材料的反射率 材料的吸收率 材料对光的散射 6. 介质对光的散射 光的散射定律 弹性散射 非弹性散射 光的散射定律 光波遇到不均匀结构偏离原方向的一类现象。 s —散射系数 对于均相介质，其散射规律与吸收相同： 散射的起因 溶液 乳浊液 悬浊液 光的吸收 光的散射或漫反射 介质的不均匀性导致光向四面八方散射的结果。 在光学均匀介质中不产生光散射现象。 散射与粒径的关系 请思考： 为什么晴朗的天空 呈现蔚蓝色？ 当光的波长约等于散射质点的直径时，出现散射的峰值。 如果将吸收定律与散射规律的式子统一起来，则: 散射的分类 介质对光的散射 弹性散射 非弹性散射 廷德尔散射 米氏散射 瑞利散射 拉曼散射 获1904年诺贝尔物理学奖 获1930年诺贝尔物理学奖 弹性散射 散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射称为弹性散射。 散射的结果只是把光子碰到不同的方向上去，并没有改变光子的能量。 弹性散射的规律除了波长（或频率）不变之外，散射光的强度和波长的关系可因散射中心尺度的大小具有不同的规律： 廷德尔（Tyndall）散射 米氏（Mie）散射 瑞利（Rayleigh）散射 弹性散射的规律 按照a0与?的大小比较，弹性散射又可分为三种情况：廷德尔（Tyndall）散射 、米氏（Mie）散射和瑞利（Rayleigh）散射。 参量?与散射中心尺度大小a0有关 廷德尔（Tyndall）散射 当散射中心的尺度远大于光波的波长时，散射 光强与入射光波长无关。 粉笔灰看起来是白色的！ 天上的云彩是白色的！ 举例： 米氏（Mie）散射 当a0 ? ?时，即散射中心尺度与入射光波长可以比拟时，?在0～4之间，具体数值与散射中心尺寸有关。 晴朗的天空是蓝色的！ 举例： 瑞利（Rayleigh）散射 当a0 ?时，?＝4。即当散射中心的线度远小于入射光波长时，散射强度与波长的四次方成反比，称为瑞利散射定律； 根据该定律，微小粒子对长波的散射不如短波有效。 瑞利散射强度与波长的关系 在可见光的短波侧(? = 400 nm处）处，紫外的散射强度要比长波侧? = 720nm处红光的散射强度大约大10倍 瑞利散射强度与波长的关系 在可见光的短波侧(?=400nm处）处，紫外的散射强度要比长波侧?=720nm处红光的散射强度大约大10倍 根据瑞利定律，我们不难理解晴天早晨的太阳为何呈红色，而中午却变成白色？ 地球表面尘埃和大气 引起的光散射 地球大气层结构和阳光在一天中不同时刻到达观测者所通过的大气厚度不同 由于大气及尘埃对光谱上蓝紫色的散射比对红橙色为甚，阳光透过大气层越厚，蓝紫色成分损失越多，因此到达观测者的阳光中蓝紫色的比例就较少。 非弹性散射 类比示例： 弹性碰撞 非弹性碰撞 弹性散射 非弹性散射 散射前后光的频率（波长）发生改变的一类现象。 拉曼散射 1928年，由印度物理学家拉曼发现，并获得了1930年 诺贝尔物理学奖。 若入射光的波数为?0，则 拉曼散射的?0???i。又称 之为拉曼位移。 E1为分子的基态； E2为除基态以外的某一能 级（如某一振动态） E3和E3’为该分子的受激 虚态之能级。 基本原理 小结 折射率（系数） 透射率（系数） 反射率（系数） 吸收率（系数） 光的散射 应用意义： 透明电极 节能玻璃 镀膜玻璃 透(反)射率的计算公式 影响透射率的因素： 反射、散射、吸收等。 光在透明介质分界面时的反射和透射 表面 表面 入射波 一次反射波 二次反射波 一次透射波 二次透射波 入射 = 反射+透射+吸收 式中 与A分别为反射波与入射波的振幅。 把光波振动分为垂直于入射面的振动和平行于入射面的振动，Fresnel推导出 自然光在各方向振动的机会均等，可以认为一半能量属于同入射面平行的振动，另一半属于同入射面垂直的振动。 a. 反射系数的推导 所以总的能量流之比为： 当角度很小时，即垂直入射 因介质2对于介质1的相对折射率 ，故 m—反射系数 根据能量守恒定律 (1-m)称为透射系数。由上式可知，在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对折射率 。 设一块折射率为 的玻璃，光反射损失为 , 透过部分为 。如果透射光又从另一界面射入空气，即透过两个界面，此时透过部分为 如果连续透过x 块平板玻璃，则透过部分为 1．吸收系数 对于陶瓷、玻璃等电介质