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光的吸收、色散

7.1吸收線性吸收規律x,Ix+dx,I+dI引進一係數?，於是：?稱為物質的吸收係數

l線上性光學介質裏，?於光強無關。但是在光強比較強時，光於物質相互作用的非線性光學效應明顯表現出來，此時的?與光強有關。比如光限幅效應等。

鐳射防護理想性能：?足夠寬的防護帶寬?對弱輻射有足夠高的線性透過率對強鐳射有足夠高的衰減能力?足夠快的回應時間?足夠大的破壞閾值光限幅（OpticalLimiting)

?(nm)I(a.u.)*普遍吸收和選擇吸收?(nm)I(a.u.)樣品不同波長的光具有相同程度的吸收，稱這種物質具有普遍吸收性(Generalabsorption)普遍吸收

*選擇吸收?(nm)I(a.u.)樣品若介質對於某些波長吸收比較強烈，稱選擇吸收(Selectiveabsorption)?(nm)I(a.u.)

選擇吸收分子具有轉動能級、振動能級和電子能級。通常，分子處於低能量的基態，從外界吸收能量後，引起分子能級的躍遷。

?(nm)I(a.u.)?(nm)I(a.u.)定義吸收度和吸收係數：?吸收光譜

吸收光譜提供了部分分子資訊，比如生色團、分子結構等等。是鑒別分子的手段之一。

複折射率：考慮到介質對光的吸收，介質的光學性能需要由兩個參數來描述，即折射率n和吸收係數?。折射率n決定了介質中的光速??c?n吸收係數?決定了介質中光強的衰減複折射率無吸收透明介質，沿x方向傳播的平面波函數：吸收介質中，光強隨傳播距離x衰減：

光強和振幅的關係：所以在吸收介質中的波函數可以寫成：相關的兩個因數合併在一起變數x將空間

7.2：色散光在媒質中的傳播速度或折射率隨波長改變，稱為色散。正常色散、反常色散、經典色散理論

正常色散：對光波透明的介質，其折射率n隨波長λ的增加而減小，色散曲線(n-λ關係曲線)如下圖所示，稱為正常色散。

法國數學家A.L.柯西於首先給出了正常色散的經驗公式，稱柯西公式：在可見光波段，在很多材料中，柯西公式相當準確地反映了實際色散曲線。當考察的波長範圍不太大時，只要取柯西公式的前兩項就夠了：表明紫段的色散效應比紅段的要大。

在可見光區域內色散是正常色散曲線（PQ段）滿足柯西公式。若向紅外區域延伸，並接近吸收帶時，色散曲線開始與柯西公式偏離見。在吸收帶內因光極弱很難測到折射率的數據，過了吸收帶，色散曲線又恢復正常的形式，並滿足柯西公式，不過式中的常數A，B，C等換為新的數值了。F.-P.勒魯於1860年首先在碘蒸氣棱鏡內觀察到反常色散現象?。反常色散：在介質對光有強烈吸收的波段內(吸收帶)，折射率隨波長的增加而減小，色散率dn／dλ＞0，這與正常色散相反，故稱反常色散。

R.W.伍德於1904年利用交叉棱鏡法成功地顯示出鈉蒸氣在可見光波段內的反常色散。令一束光從水準狹縫S1穿出，經透鏡L1變為平行光，再經過透鏡L2聚焦在分光儀的豎直狹縫S2上，當鋼管V未加熱時，其內只有均勻氣體，光線經過它時不發生偏折，在分光儀上形成一水準光譜帶，當鈉被蒸發時，在管內形成下部密度大上部密度小的水準鈉蒸汽柱，它和一個棱邊在上（與管軸垂直）底部在下的“棱鏡”等效。由於管V內蒸汽的色散作用，不同波長的光不同程度的向下偏折，在鈉的吸收線附近，分光儀焦面上的水準光譜帶被嚴重扭曲和割斷，變成圖所示的樣子，這種現象叫做反常色散。

*一種物質的全域色散曲線

?經典色散理論概述：光與物質的相互作用導致了色散效應。經典電磁場理論表明，介質中單色電磁波的傳播速度：介質的光學折射率：介質的相對介電常數?，聯繫著宏觀上的介質極化強度P與電場強度向量E：其中?稱為介質的電極化率。

+++++++++-電介質的洛倫茲模型色散求解思路：電極化率?(?)折射率n(?)電子位移r(t)電子偶極矩p極化強度向量P

?單一本征頻率情況電子在光作用下的受迫運動方程：

電子偶極矩極化強度向量介質原子數密度為N(1/m3)，每個原子提供外層弱束縛電子數為Z；電極化率

所以：

在弱阻尼、低損耗，即???1條件下，取近似：在光譜學中，習慣使用真空波長?：於是：

在共振波長?0附近，n和2n?隨波長?的變化如上圖，它們具有正常色散、反常色散和共振吸收的一切特點。

當遠離共振波長時，為透明區，可以忽略阻尼項，於是當??0和柯西公式吻合。

當??0背離了柯西公式。?多個本征頻率情況

設介質的原子體系具有多個本征頻率?i，相應地有多個共振波長?i，阻尼常數?i和振子個數fi每個原子提供外層弱束縛電子數為Z，按一定的比例分佈在各個本征態上；仿照單一本征頻率時的類似推導：

在弱阻尼、低損耗，即???1條件下，取近似：?j-1?j?j+1

在遠離吸收線的波段均系透