光學(xué)常數(shù)色散

光學(xué)常數(shù)色散第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月由于則比耳定律吸收系數(shù)吸收系數(shù)與消光系數(shù)的關(guān)系：第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月比耳定律在定量分析中的應(yīng)用：I0IxI0-dIxSIdr假定介質(zhì)的截面為S。厚度為dr的質(zhì)層，吸收光的強(qiáng)度為dIx，入射光強(qiáng)度為I0、出射光為I，則第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月兩邊取積分：由此可得：第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3極化率χ

如果我們?cè)趦蓧K平行的導(dǎo)體板加上電壓V，則兩塊導(dǎo)體板會(huì)產(chǎn)生反號(hào)等量的電荷Q:此時(shí)，Q=CV，這就是我們非常熟悉的電容當(dāng)以電壓V使上述平板電容器的電極中的電荷增加dQ時(shí)，外界就要對(duì)其作功dW=VdQ，因?yàn)镋=V/l，因此單位體積內(nèi)電場(chǎng)能量的增加值為電位移第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月+-+-E正負(fù)電荷中心位移δ=0δ≠0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+q-qlP=ql電偶極矩第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月由具有電偶極矩的粒子組成的宏觀物質(zhì)稱為極性物質(zhì)，在極性物質(zhì)中取一個(gè)宏觀無限小的體積ΔV=dxdydz，將其中所有粒子的電偶極矩作矢量和則稱單位體積的電偶極矩（極化強(qiáng)度）P：帶電粒子在外場(chǎng)的作用下發(fā)生移動(dòng)，而產(chǎn)生電流，則電流密度J可表示為:其中:δu為電荷移動(dòng)速度:第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月各光學(xué)常之間的關(guān)系:n、k、σ、ε、χ、a等，它們都是表示光與物質(zhì)相互作用的量，反映出物質(zhì)的光學(xué)特性，但它們并不是相互獨(dú)立的，而是具有一定的聯(lián)系。其中，k、σr、εi、χi是直接反映介質(zhì)對(duì)光的吸收能力的量，它們的數(shù)值越大，說明吸引越強(qiáng)。第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1洛倫茲色散理論1.2光學(xué)常數(shù)的色散關(guān)系

洛倫茲（Lorentz）色散理論是研究物質(zhì)光學(xué)常數(shù)色散關(guān)系的基本理論，它是基于阻尼諧振子近似的力學(xué)理論。下面我們利用由彈簧連接起來的小球作為模型來解釋:

當(dāng)小球沒有外力作用時(shí)處于平衡的位置上，如果我們給小球施加一個(gè)大小為f的作用力，則小球會(huì)在外力的作用下產(chǎn)生位移x，此時(shí)小球會(huì)受到彈簧的彈力f1，小球在運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力f2

第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月則小球所受的合力F為:其中：場(chǎng)的作用力彈簧的彈力阻尼力代入上式得：第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振子在光波作用下的位移x(ω)設(shè)單位體積中的有效諧振子數(shù)為N（有效諧振子數(shù)密度）：第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月光學(xué)常數(shù)的色散關(guān)系：洛倫茲色散理論其中：為等離子體頻率。第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月01-4-4ω0ωPεr0εinkTART第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）當(dāng)ω<<ω0時(shí)，低頻透明區(qū)（T）在這一區(qū)域內(nèi)，表征吸收的光學(xué)參量k、σr、εi、χi都隨著頻率減少而趨近于0，折射率從靜態(tài)的n(0)隨頻率的增加而增大（為正常色散），固體在該頻率范圍內(nèi)是透明的。第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）當(dāng)ω≈ω0時(shí)，共振吸收區(qū)（A）

在這一頻域內(nèi)，代表吸收的光學(xué)參量k、σr、εi、χi達(dá)到極大值，表明固體在該頻域內(nèi)對(duì)光的吸收最強(qiáng)，為共振吸收區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，折射率由正常色散到反常色散進(jìn)行過渡。第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）當(dāng)ω0<ω<ωp時(shí)，金屬反射區(qū)（R）第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）當(dāng)ω>>ω0時(shí)，高頻透明區(qū)（T）

這與低頻區(qū)相似，表征吸收的光學(xué)參量k、σr、εi、χi都隨著頻率增加而趨近于0，折射率從靜態(tài)的n(0)隨頻率的增加而增大（為正常色散），固體在該頻率范圍內(nèi)是透明的。第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2德魯?shù)拢―rude）色散理論

德魯?shù)拢―rude）色散理論實(shí)際上是洛倫茲（Lorentz）色散理論的一個(gè)特例，對(duì)于金屬介質(zhì)，電子不受任何的束縛力，可在金屬原子間進(jìn)行自由游蕩，此時(shí)圖2-3中的小球（自由電子）不再受彈簧的影響，即彈簧已不存在。因此小球的共振頻率ω0=0ω0=0ω0=0第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2等離子體色散關(guān)系地球上常見的物質(zhì)有3種熟悉的狀態(tài)：固態(tài)液態(tài)氣態(tài)溫度T逐漸升高如果溫度繼續(xù)升到20000度以上，則分子將變?yōu)殡x子體。如：水分子2H+