电磁波及电磁辐射特性.pptVIP

色散效应色散是电磁波在介质中的传播速度(也即折射率 n=c/v)随波长?而变化的现象。利用介质将电磁辐射分离成单色电磁波是分光的重要手段之一，也是遥感中进行多光谱探测的重要技术。日光通过三棱镜的色散红紫偏向角第30页，共84页，星期日，2025年，2月5日吸收、反射、折射、透射电磁波在通过两种介质界面传播时，会产生传播方向、能流分配、相位跃变和偏振状态等的变化。这些现象包括反射、折射、透射、散射、吸收等。吸收是电磁波的强度随穿过介质的深度而减少的现象。除真空以外的任何介质都对电磁波有吸收效应。反射是电磁波遇到比自身波长大的界面时部分或全部从界面上返回原介质的现象。折射是电磁波入射到另一种介质表面，进入该介质的电磁波改变传播方向的现象。透射是电磁波穿透介质的现象。第31页，共84页，星期日，2025年，2月5日电磁辐射在两种介质中的传播第32页，共84页，星期日，2025年，2月5日吸收效应在电磁波强度的很大变化范围内，电磁波强度的衰减量(dIx)与所通过的距离(dx)成线性关系(-dIx=?Ixdx)，图2.16。?与电磁波强度无关，称为该介质的吸收系数，是介质的固有特性。根据上述线性微分关系，经积分就得到x=l时电磁波强度(I)与初始强度(I0，即x=0时的I)的关系式：I=I0e-?l。这个关系式称为布格尔定律、比尔定律或朗伯定律。?的物理含义是：?-1表示电磁波强度因吸收而减到原来的e-1=36%时所穿过介质的厚度(这个厚度又称为趋肤深度)。第33页，共84页，星期日，2025年，2月5日介质吸收第34页，共84页，星期日，2025年，2月5日散射效应在不均匀介质中(存在微粒质点、分子涨落等)，电磁辐射向与原来传播方向不同的其他方向分散的现象称为散射(图2.6)。在遥感中电磁辐射要通过厚厚的大气层，产生严重的散射。因此散射是遥感的一个非常重要的概念。介质散射示意图散射的成因与介质的不均匀性有关。介质的不均匀性可以是由胶体(如大气中的气溶胶)、烟、雾、灰尘等悬浮质点导致，也可以是由分子热运动造成的密度局部涨落产生。后者引起的散射称为分子散射。第35页，共84页，星期日，2025年，2月5日主要的散射类型：瑞利散射：微粒尺度比波长小的散射。瑞利散射的强度与波长的四次方成反比。米氏散射：微粒尺度与波长尺度相当的散射。米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比无选择性散射：微粒尺度远大于波长的散射(反射)。散射强度与波长无关。从散射到反射是随介质中微粒尺度而变的一个连续过程。散射强度随散射方向与入射电场的方向或入射电场传播方向的夹角而变化，称之为散射强度的角分布。下图中?是散射方向与入射电场方向的夹角，?是散射方向与入射方向的夹角。第36页，共84页，星期日，2025年，2月5日ka=2?a/?表征微粒尺度(球半径a)与波长尺度(?)的关系。第37页，共84页，星期日，2025年，2月5日第38页，共84页，星期日，2025年，2月5日瑞利散射引起的天空现象无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？第39页，共84页，星期日，2025年，2月5日2.4电磁辐射的物理和化学效应电磁辐射与物质相互作用的一些效应是电磁辐射探测技术中的重要物理基础。光电效应当光照射在半导体金属表面时，使电子从金属中逸出的现象称为光电效应。逸出的电子称为光电子。由于电子完全逸出表面，所以又称其为外光电效应(或发射效应)。相对地还有所谓内光电效应。内光电效应是当光照射在某些半导体材料上时，光被吸收后，产生的光电子只在物质的内部运动而不逸出表面。第40页，共84页，星期日，2025年，2月5日光热效应某些物质在受光照后，由于吸收光能引起温度的变化，进而导致材料性质的变化。这种现象称为光热效应。光化学效应物质在光的作用下产生化学效应的现象称为光化学反应，简称光化反应。光化反应很普遍：衣服褪色现象是染料分子在光的作用下分解，照相机乳胶感光是溴化银在光的作用下分解，植物绿叶中二氧化碳在光的作用下分解等等。第41页，共84页，星期日，2025年，2月5日2.5电磁辐射的度量2.5.1辐射度的基本物理量⑴辐射能(Qe)辐射能(Radiantenergy)是以辐射形式发射、传播和接收的能量，单位是焦耳(J)。辐射能可以转换为电能、热能等其他形式的能量。⑵辐射通量辐射通量(radiantflux)是单位时间内发射、传播或接收的辐射能，是辐射能对时间的变化率，又称为辐射功率。单位为瓦(W)，即焦耳/秒(1J/s)。辐射通量是辐射度学最基本的