光与物质相互作用

1、光与物质相互作用15.1 分子光学的基本概念分子光学的基本概念15.2 光的散射光的散射15.3 光的吸收光的吸收15.4 光的色散光的色散光与物质相互作用15.1 分子光学的基本概念分子光学的基本概念一、一、 电偶极子模型电偶极子模型tqEF cos01带电粒带电粒子受力子受力 电场力电场力krF 2trFdd3 其他电荷给的弹性力其他电荷给的弹性力 电磁辐射阻尼力电磁辐射阻尼力2232dd2trmFFF tfrtrtr cosdd2dd02022 mk 0 固有频率固有频率m2 阻尼系数阻尼系数mqEf00 tAtrcos稳态解稳态解光与物质相互作用 2220202 fA稳态解稳态解220

2、2tan 感生电偶极矩感生电偶极矩 22202022cos mtEqqrp当当 0 振幅最大振幅最大 tAtrcosmqE /0光与物质相互作用二、二、 带电粒子分类带电粒子分类原子核、离子原子核、离子重振子重振子 惯性大，在频率较低惯性大，在频率较低的红外光中才能振动。的红外光中才能振动。电子振子很轻电子振子很轻 在可见光照射下能振动。在可见光照射下能振动。各向同性介质：各向同性介质： 是常数是常数Ep0 Ep/一般电偶极矩一般电偶极矩 ： 分子的极化率分子的极化率各向异性介质：各向异性介质： 与外电场方向有关，是张量。与外电场方向有关，是张量。Ep、方向关系复杂。方向关系复杂。光与物质相互

3、作用 入射光入射光(自然光自然光)/E EtieEE 0tieEp 00散射光散射光/p p SE/SE/0242224/16Irci sin 02422416Irci 200/0III 2242024/cos132 rcIiii照射照射N个分子，沿个分子，沿r方方向散射光强向散射光强NiIs 44cIs 41 sI对稀薄气体对稀薄气体瑞利散射瑞利散射15.2 光的散射光的散射(由于分子热运动，瑞利散射由于分子热运动，瑞利散射属非相干散射属非相干散射)蓝天蓝天红太阳红太阳散射光偏振状态散射光偏振状态一个偶极子一个偶极子(分子分子)产生产生的散射光强的散射光强光与物质相互作用41 sI（1）媒质

4、的不均匀度）媒质的不均匀度a 的媒质散射的媒质散射瑞利散射瑞利散射 （2）大颗粒媒质）大颗粒媒质(浑浊媒质、浑浊媒质、烟、雾等烟、雾等)散射对波长无选择。散射对波长无选择。瑞利散瑞利散 射区射区 a散射概率散射概率米氏散射区米氏散射区白云白云稀薄气体的散射稀薄气体的散射分子数密度小，无规热运动，分子数密度小，无规热运动，宇航员在太空看宇航员在太空看到的天空和太阳。到的天空和太阳。光与物质相互作用（3）拉曼）拉曼散射散射 (1928年年)光源光源散射物质散射物质光谱仪光谱仪 1 1 01 23 32 紫伴线紫伴线 (反斯托克斯线反斯托克斯线) 更弱更弱01 红伴线红伴线 (斯托克斯线斯托克斯线) 弱弱 0分子的固有频率。分子的固有频率。 3232 、；、 分子的固有频率不止一个，分子的固有频率不止一个，所以拉曼光谱中还有所以拉曼光谱中还有瑞利散射瑞利散射 (强强)光与物质相互作用15.3 光的吸收光的吸收I0Ix0 x I -dI x+dxxIIddxIIdd xIIdd xII00 xII 0lnxeII 0朗伯特定律朗伯特定律sa 真吸收真吸收散散 射射 xsaeII 0 与波长无关时称普遍吸收，与波长无关时称普遍吸收，() 为选择性吸收为选择性吸收光与物质相互作用15.4 光的色散光的色散 n 1、任何光