光學(xué)常數(shù)與散射

光學(xué)常數(shù)與散射第一頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日2折射率無自由電荷和傳導(dǎo)電流的介質(zhì)內(nèi)，根據(jù)麥克斯韋方程：波動方程orn為介質(zhì)的折射系數(shù)，其定義為真空光速c和介質(zhì)內(nèi)光速v之比。第二頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日3復(fù)折射率和消光系數(shù)光的頻率很高，通常介質(zhì)的磁化跟不上，故磁導(dǎo)率

=1?；蛘遪為復(fù)數(shù)，定義為n為通常意義上的折射率，叫做消光系數(shù)。第三頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日4吸收率介質(zhì)對光的吸收由吸收率來表征，其定義為介質(zhì)單位長度所吸收的相對能量。假設(shè)光在某介質(zhì)內(nèi)沿z方向傳播，I(z)表示介質(zhì)內(nèi)z處電磁波的能流密度，或稱為光的強(qiáng)度，即單位時間通過與傳播方向垂直的單位面積的電磁波能量。z處附近dz薄層吸收光強(qiáng)為dI，則有：假設(shè)z=0處，光強(qiáng)為I0。積分上式：z0dzdII0第四頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日5光在介質(zhì)中傳播，其吸收系數(shù)與消光系數(shù)成正比。

采用平面波近似，介質(zhì)內(nèi)沿z方向傳播光的電場波函數(shù)為：吸收率與消光系數(shù)第五頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日6反射率反射系數(shù)，或稱反射率，定義為反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比，用R表示，即：在光波由真空（空氣）垂直入射到固體表面時。反射率可由下式給出透明物質(zhì)一般對可見光吸收較小。0時反射率：相對空氣，介質(zhì)折射率越大，反射率越大。簡單類推：兩介質(zhì)折射率相差越大，反射率越大。第六頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日7當(dāng)吸收系數(shù)很大時，>>n，入射光幾乎完全反射。因為：如果某一固體強(qiáng)烈吸收某一光譜范圍的光，它就能有效反射在同一光譜范圍內(nèi)的光。第七頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日8透射率入射反射透射設(shè)入射光強(qiáng)為I0，前后面發(fā)射率均為R，介質(zhì)長度為l，吸收率為，則透射光強(qiáng)為：透射率定義為:第八頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日9光的散射由材料內(nèi)部（折射率分布的）不均勻性引起的，可能由于雜質(zhì)、缺陷、晶格振動引起的不均勻性，。。。。。一定向光束經(jīng)介質(zhì)傳播而向四面八方散開的現(xiàn)象，稱為光的散射。散射的微觀機(jī)制：材料內(nèi)部原子可看做諧振子，光電磁場作用下發(fā)生同頻的受迫振動，諧振子做為次波源，向四周發(fā)射次波。次波源分布規(guī)則，次波相干疊加，側(cè)向光強(qiáng)為零-----直線傳播。次波源分布不均勻，次波非相干疊加，側(cè)向光強(qiáng)不為零---光的散射。散射可分為兩類：彈性散射：散射光頻率與入射光相同。非彈性散射：散射光頻率與入射光不同。第九頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日10彈性散射---瑞利散射瑞利散射適用條件：散射中心尺寸a遠(yuǎn)小于光波長，a</10。瑞利散射引起介質(zhì)內(nèi)傳播光束強(qiáng)度降低，類似光吸收，光強(qiáng)按下式指數(shù)降低：N為每單位體積散射中心數(shù)目，s為散射截面。散射截面s正比波長四次方的倒數(shù):瑞利散射定律瑞利散射：短波光的散射效應(yīng)強(qiáng)于長波光的散射。第十頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日11彈性散射---米氏散射較大顆粒的散射強(qiáng)度不僅服從瑞利散射4定律，而且?guī)缀醪灰蕾囉诠獠ㄩL，------米氏散射。藍(lán)天，青煙，夕陽（紅）------瑞利散射白云，白霧，白色浪花-----米氏散射可根據(jù)散射光的色效應(yīng)估算顆粒的大小。米氏散射無色效應(yīng)的原因：衍射效應(yīng)：長波衍射效應(yīng)強(qiáng)。偶極子輻射模型（即瑞利散射）：短波散射效應(yīng)強(qiáng)。+=互補(bǔ)，中和，無色效應(yīng)第十一頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日12非彈性散射我們主要考慮聲子引起的非彈性散射。晶格振動的聲學(xué)波和光學(xué)波都會引起折射率的不均勻分布光散射。反斯托克斯過程:吸收一個聲子。斯托克斯過程:發(fā)射一個聲子。E1E2E’E1E2E’第十二頁，共十三頁，編輯于2023年，星期日13依據(jù)參與聲子類型不同，聲子引起的非彈性散射可分為兩類：拉曼散射：光學(xué)聲子引起的非彈性散射。布里淵散射：