【正文】 經驗公式，即 式中 A， B和 C是與物質有關的常量，其數(shù)值由實驗數(shù)據(jù)來確定， 當 λ變化范圍不大時，科希公式可 只取前兩項，于是有： 42 ??CBAn ???322???BddnBAn????二、科希公式 167。 實驗表明，凡在可見光范圍內無色透明的物質，它們的色散曲線在形式上很相似，這些曲線的共同特點是， 折射率 n以及色散率 dn/dλ的數(shù)值都隨著波長的增加而單調下降，在波長很長時折射率趨于定值 ，這種色散稱為 正常色散（ normal dispersion）。 ? ? ? ?? ?? ??????? ddnAnADd /2/12/2s i n21/2/s i n2 ???? ?? ??ddnabD //?167。 5 介質對光 的色散 色散的一般現(xiàn)象 波長相差 δλ的兩條譜線之間的角距離為 以上兩式中的 dn/δλ稱為色散率，它表征了棱鏡材料的色散性質。 ? ?? ?2/s i n2/s i ns i ns i n21AmAn ??? ???167。 棱鏡的折射率為 在棱鏡頂角 A已知的條件下，通過最小偏向角 δm的測量，利用上式可以得到棱鏡材料對該波長的光的折射率 n。 64 v ?167。 4 介質對光 的散射 光散射分類 在真空中，光以恒定的速度傳播，與光的頻率無關。 ? 由于聲學聲子的能量低于光學聲子，所以布里淵散射的頻移比拉曼散射小，在光譜圖上它們緊靠在瑞利線旁，只能用高分辨的雙單色儀等光譜儀才能分辨出來。 ? 在光譜圖上距離瑞利線較遠，它們與瑞利線的頻差可因散射介質能級結構不同而在 100?104之間變化。 167。 入射波長越長，散射光強越小，即長波散射要小于短波散射。 167。 因此，散射光強正比于頻率的四次方 ,即反比于波長的四次方。 按照電磁理論，偶極振子的輻射功率正比于頻率的四次方。 41??sI167。 167。λ時， σ=4 即當散射中心的線度遠小于入射光的波長時，散射強度與波長的 4次方成反比 ? 通常我們把線度小于光的波長的微粒對入射光的散射，稱為瑞利散射（ Rayleigh scattering）。 167。 167。 一、彈性散射分類 按照散射中心尺度 a0與入射光波長 λ是大小，分為三類： 1. 廷德爾散射 Tyndall Scattering (， 18201893) 當 a0187。當使用高靈敏度和高分辨率的光譜儀，可以發(fā)現(xiàn)散射光中還有其它光譜成分，它們在頻率坐標上對稱地分布在彈性散射光的低頻和高頻側，強度一般比彈性散射微弱地多。 4 介質對光 的散射 光散射分類 根據(jù)散射前后光子能量（或光波波長）變化與否，分為彈性散射與非彈性散射 ? 彈性散射： 散射前后光的波長（或光子能量）不發(fā)生變化，只改變方向的散射。 光的散射導致原來傳播方向上光強的減弱 如果只計及各種散射因素，光強隨傳播距離的散射減弱仍符合指數(shù)衰減規(guī)律： 對于一般介質中光強的減弱，來自兩個方面：吸收和散射，因此光強衰減為： 167。但當光束通過不均勻的透明介質時，則從各個方向都可以看到光，這是介質中的不均勻性使光線朝四面八方散射的結果，這種現(xiàn)象稱為光的散射 。 ３ 介質對光的吸收 吸收光譜 167。 ? 當包含有各種頻率的白光照射在原子氣體上時，只有那些頻率與原子有固有頻率一致的電磁波，會引起共振而被原子氣體強烈地吸收，于是在原子氣體的吸收光譜中形成了一條條與原子核固有頻率對應的暗譜線。 ３ 介質對光的吸收 吸收光譜 ? 按照經典的電磁理論，原子可以看成是一系列彈性偶極振子的組合，其中每個振子有一定的固有頻率，于是原子就有了一系列的固有頻率。 ? 值得注意的是，同一物質的發(fā)射光譜和吸收光譜之間有嚴格的對應關系，即物質自身發(fā)射哪些波長的光，它就強烈吸收這些波長的光。 ３ 介質對光的吸收 吸收光譜 ? 物質的發(fā)射譜（ emission spectrum）有：線狀譜（ line spectrum），帶狀譜（ band spectrum）和連續(xù)譜等。 ３ 介質對光的吸收 一般吸收和選擇吸收 用具有連續(xù)譜的光（例如白光）通過具有選擇吸收的物質，然后利用攝譜儀或分光光度計，可以觀測到在連續(xù)光譜的背景上呈現(xiàn)有一條條暗線或暗帶，這表明某些波長或波段的光被吸收了，因而形成了吸收光譜（ absorption spectrum）。 任何物質都有這兩種形式的吸收只是出現(xiàn)的波長范圍不同而已。 因此在紅外光譜儀中，棱鏡常用對紅外線透明的氯化鈉晶體和氟化鈣晶體制作；而紫外光譜儀中，棱鏡常用對紫外線透明的石英制作。 167。 例如，在光學材料中，石英對所有可見光幾乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系數(shù)不變，這種現(xiàn)象為 一般吸收 ；但是對于波長范圍為 —不透明的，且吸收系數(shù)隨波長劇烈變化，這種現(xiàn)象為 選擇吸收 。 ３ 介質對光的吸收 吸收的物理機制 除了真空，沒有一種物質對所有波長的電磁波都是絕對透明的。 ３ 介質對光的吸收 吸收的物理機制 ? ?? ? eVhCeVhC m,0 . 7E m,0 . 4Em a xm i ngm i nm i nm a xgm a x??????????? 禁帶較寬的介電固體材料也可以吸收光波，但吸收機理不是激發(fā)電子從價帶躍遷到導帶，而是因其雜質在禁帶中引進了附加能級，使電子能夠吸收光子后實現(xiàn)從價帶到受主能級或從施主能級到導帶的躍遷。 Eg=?，是帶色透明的， 因為只有部分可見光通過激發(fā)價帶電子向導帶轉移而被材料吸收。 167。同時，材料中的電子從較低能態(tài)躍遷到高能態(tài)。 ACeII ?? 0167。 比爾定律表明，被吸收的光能是與光路中吸收光的分子數(shù)成正比的，這只有每個分子的吸收本領不受周圍分子影響時才成立。這時可以寫成 稱為 比爾定律 （ Beer law）。 62 laeII ??? 0lII a???? 0lnlndxIdI a???/167。 ３ 介質對光的吸收 吸收定律 ? 為了求出光束穿過厚度為 l的物質后光強的改變，可將上式改寫為 然后對 x積分，即可得 ? 換言之，若入射光強為 I0，則通過 l的物質后的光強為 稱為布格定律（ Bouguer law）或朗伯定律。于是，上式是光強的線性微分方程，表征了光的吸收的線性規(guī)律。 ３ 介質對光的吸收 吸收定律 一 吸收定律 布格定律 如圖所示，光強為 I0的單色平行光束沿 x軸方向通過均勻物質，在經過一段距離 x后光強已減弱到 I，再通過一無限薄層 dx后光強變?yōu)?I +dI(dI0)。 光的部分能量被組成物質的微觀粒子吸取后轉化為熱能，從而使光的強度隨著穿進物質的深度而減小的現(xiàn)象，稱為光的吸收（ absorption）。 ３ 介質對光的吸收 基本性質 光通過物質時，光波中的振動著的電矢量，將使物質中的帶電粒子作受迫振動，光的部分能量將用來提供這種受迫振動所需要的能量。 ? 定義 ? 由于光是一種能量流，在光通過材料傳播時，會引起材料的電子躍遷或使原子振動，從而使光能的一部分變成熱能，導致光能的衰減，這種現(xiàn)象稱為 介質對光的吸收 。 這些現(xiàn)象是不同物質光學性質的主要表現(xiàn)，對它們的討論可以為我們提供關于原子、分子和物質結構的信息。首先光束越深入物質，它的光強將越減弱，這是由于一部分光的能量被物質所吸收，而另一部分光向各個方向散射所造成的，這就是光的吸收和散射現(xiàn)象。 2. 光的反射與折射 多普勒效應 167。 00 ?? RS u,u01 ?? )uu( R??00 ?? RS u,u0??Suuu??167。 ? 頻率計算： ? 波源不動，觀察者運動，即： ，觀察者認為接受到的波數(shù)變了。 167。 ? 涂敷層： 硅銅或丙烯酸鹽，隔離雜光。 2. 光的反射與折射 光的全反射 光纖結構示意圖： ? 纖芯 ： 5?75μ m摻雜了的 SiO2， n一定或隨半徑增加而減小。此時不再有折射光線，入射光的能量全部回到第一介質中。 鐵磁性材料 非鐵磁性材料 rrn ???rn ??167。 ? 材料的折射率從本質上講，反映了材料的電磁結構（對非鐵磁介質主要是電結構）在光波作用下的極化性質或介電特性。 2. 光的反射與折射 折射率與傳播速度的關系 二、折射定律： ? 材料的折射率反映了光在該材料中傳播速度的快慢。 ? 該原理適用于機械波和電磁波 167。 ? 也就是說，光波波前（最前沿的波面）上的每一點都可看作球面次波源，每一次波源發(fā)射的球面波以光波的速度 v傳播，經過時間 ?t之后形成球面半徑為 v?t的球面次波。 2