光学常数与散射

光学常数与散射第一页，共十三页，2022年，8月28日2折射率无自由电荷和传导电流的介质内，根据麦克斯韦方程：波动方程orn为介质的折射系数，其定义为真空光速c和介质内光速v之比。第二页，共十三页，2022年，8月28日3复折射率和消光系数光的频率很高，通常介质的磁化跟不上，故磁导率

=1。或者n为复数，定义为n为通常意义上的折射率，叫做消光系数。第三页，共十三页，2022年，8月28日4吸收率介质对光的吸收由吸收率来表征，其定义为介质单位长度所吸收的相对能量。假设光在某介质内沿z方向传播，I(z)表示介质内z处电磁波的能流密度，或称为光的强度，即单位时间通过与传播方向垂直的单位面积的电磁波能量。z处附近dz薄层吸收光强为dI，则有：假设z=0处，光强为I0。积分上式：z0dzdII0第四页，共十三页，2022年，8月28日5光在介质中传播，其吸收系数与消光系数成正比。

采用平面波近似，介质内沿z方向传播光的电场波函数为：吸收率与消光系数第五页，共十三页，2022年，8月28日6反射率反射系数，或称反射率，定义为反射光强度与入射光强度之比，用R表示，即：在光波由真空（空气）垂直入射到固体表面时。反射率可由下式给出透明物质一般对可见光吸收较小。0时反射率：相对空气，介质折射率越大，反射率越大。简单类推：两介质折射率相差越大，反射率越大。第六页，共十三页，2022年，8月28日7当吸收系数很大时，>>n，入射光几乎完全反射。因为：如果某一固体强烈吸收某一光谱范围的光，它就能有效反射在同一光谱范围内的光。第七页，共十三页，2022年，8月28日8透射率入射反射透射设入射光强为I0，前后面发射率均为R，介质长度为l，吸收率为，则透射光强为：透射率定义为:第八页，共十三页，2022年，8月28日9光的散射由材料内部（折射率分布的）不均匀性引起的，可能由于杂质、缺陷、晶格振动引起的不均匀性，。。。。。一定向光束经介质传播而向四面八方散开的现象，称为光的散射。散射的微观机制：材料内部原子可看做谐振子，光电磁场作用下发生同频的受迫振动，谐振子做为次波源，向四周发射次波。次波源分布规则，次波相干叠加，侧向光强为零-----直线传播。次波源分布不均匀，次波非相干叠加，侧向光强不为零---光的散射。散射可分为两类：弹性散射：散射光频率与入射光相同。非弹性散射：散射光频率与入射光不同。第九页，共十三页，2022年，8月28日10弹性散射---瑞利散射瑞利散射适用条件：散射中心尺寸a远小于光波长，a</10。瑞利散射引起介质内传播光束强度降低，类似光吸收，光强按下式指数降低：N为每单位体积散射中心数目，s为散射截面。散射截面s正比波长四次方的倒数:瑞利散射定律瑞利散射：短波光的散射效应强于长波光的散射。第十页，共十三页，2022年，8月28日11弹性散射---米氏散射较大颗粒的散射强度不仅服从瑞利散射4定律，而且几乎不依赖于光波长，------米氏散射。蓝天，青烟，夕阳（红）------瑞利散射白云，白雾，白色浪花-----米氏散射可根据散射光的色效应估算颗粒的大小。米氏散射无色效应的原因：衍射效应：长波衍射效应强。偶极子辐射模型（即瑞利散射）：短波散射效应强。+=互补，中和，无色效应第十一页，共十三页，2022年，8月28日12非弹性散射我们主要考虑声子引起的非弹性散射。晶格振动的声学波和光学波都会引起折射率的不均匀分布光散射。反斯托克斯过程:吸收一个声子。斯托克斯过程:发射一个声子。E1E2E’E1E2E’第十二页，共十三页，2022年，8月28日13依据参与声子类型不同，声子引起的非弹性散射可分为两类：拉曼散射：光学声子引起的非弹性散射。布里渊散射：