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文档简介
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:
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