《光学》课程教学资源（课件讲稿）第七章 光与物质的相互作用 第一节 光的吸收和色散

Optics第七章光与物质的相互作用第一节光的吸收和色散

第七章 光与物质的相互作用 第一节 光的吸收和色散

Optics7.1 光的吸收7.1.1 吸收的线性规律7.1.2复数折射率的意义7.1.3光的吸收与波长的关系7.1.4吸收光谱

7.1 光的吸收 7.1.1 吸收的线性规律 7.1.2 复数折射率的意义 7.1.3 光的吸收与波长的关系 7.1.4 吸收光谱

Optics7.1.1 吸收的线性规律光强随穿进媒质的深度而减弱的现象称为媒质对光的吸收1111+xx,Ix+dx,I+dl

7.1.1 吸收的线性规律 光强随穿进媒质的深度而减弱的现象称为媒质对光的吸收

Optics7.1.1 吸收的线性规律dx1- dl = αIdx布格尔（P.Bouguer，1729）定律朗伯（J.H.Lambert，1760）定律x2α：吸收系数oe溶液中：比尔（A.Beer，1852）定律A：吸光度α=ACC:浓度

7.1.1 吸收的线性规律 布格尔（P.Bouguer，1729）定律 朗伯（J.H.Lambert，1760）定律 0 x I I e   ：吸收系数 溶液中：比尔（A.Beer，1852）定律 =AC A：吸光度 C：浓度

Optics7.1.2复数折射率的意义C折射率：真空光速与媒质光速之比n=-VE = Ece-io(t-x/v) = Ee-io(t-m/e)可以用复折射率同时表示折射和吸收实部一→折射（位相推进），虚部一吸收（强度衰减）n = n(l+i)E = E.e-io(t-ix/c) = E。e-nkwx/ce-io(t-nx/c)I =[Eo['e-2nxox/eα=2nkw/c=4元nk/2

7.1.2 复数折射率的意义 折射率：真空光速与媒质光速之比 c n v  可以用复折射率同时表示折射和吸收 实部→折射（位相推进），虚部→吸收（强度衰减）

Optics7.1.3光的吸收与波长的关系分区：普遍吸收，与波长几乎无关选择吸收，依赖于波长普遍吸收，强度下降，不改变颜色（空气、玻璃、水）选择吸收，强度下降，颜色改变（彩色玻璃）所有电磁波段考虑，选择吸收是光和物质作用的普遍规律。任何介质都有吸收限，吸收限的长波一侧表现普遍吸收，短波一侧表现为选择吸收

7.1.3 光的吸收与波长的关系 分区：普遍吸收，与波长几乎无关 选择吸收，依赖于波长 普遍吸收，强度下降，不改变颜色（空气、玻璃、水） 选择吸收，强度下降，颜色改变（彩色玻璃） 所有电磁波段考虑，选择吸收是光和物质作用的普遍规律。任 何介质都有吸收限，吸收限的长波一侧表现普遍吸收，短波一 侧表现为选择吸收

Optics7.1.4吸收光谱α(a)吸收系数对波长的依赖关系吸收峰对应于α白光物质内的激发个不不不个不本不不个个待测媒质光谱仪N1电子能级（内层电子、价电子）振动能级转动能级元激发

7.1.4 吸收光谱 吸收系数对波长的依赖关系   

Optics7.1.4吸收光谱选择吸收反映了物质的能级结构介质中的原子吸收入射光，发生跃迁能级间隔与入射光子能量匹配，受激吸收吸收线孤立原子线状谱固体中稀土离子分立能级2吸收带带状谱凝聚态物质能带元

7.1.4 吸收光谱 • 介质中的原子吸收入射光，发生跃迁 • 能级间隔与入射光子能量匹配，受激吸收 带 状 谱 线 状 谱 吸收带  I 孤立原子 固体中稀土离子 分立能级 凝聚态物质 能带  I 吸收线 选择吸收反映了物质的能级结构

Optics7.1.4吸收光谱大气层对不同波段的电磁辐射选择吸收100%50%-0%10μm100um10m100m0.1nm1nm10nm100nm1 μm1mm1cm10cm1m1kmWavelengthMostof theVisibleLightLong-wavelengthInfraredspectrumRadioWavesobservableRadio Wavesobservableabsorbed byGammaRays,X-RaysandUitravioletfromEarth.from Earth,blocked.Lightbiockedbytheupperatmosphereatmosphericwithsomegasses(best(bestobservedfromspace)atmosphericobserveddistortion.fromspace)

7.1.4 吸收光谱 • 大气层对不同波段的电磁辐射选择吸收

Optics7.1.4吸收光谱大气窗口与温室气体·大气层对不同波段的电磁辐射选择吸收100ese80604020W03402581619101213141511Wavelength (microns)率率率率率率率林H.OCOCo,HaOcO.OHOCOco.OOH.OAbsorbingMolecule

7.1.4 吸收光谱 • 大气层对不同波段的电磁辐射选择吸收 大气窗口与温室气体