1、第三節(jié)第三節(jié) 光在金屬表面的反射和透射光在金屬表面的反射和透射1一一、金屬中的光波、金屬中的光波金屬特性：金屬為導(dǎo)電煤質(zhì)，電導(dǎo)率金屬特性：金屬為導(dǎo)電煤質(zhì)，電導(dǎo)率 很大，并且很大，并且滿足滿足 1 1不同點(diǎn)不同點(diǎn)： 0 0，金屬中能產(chǎn)生傳導(dǎo)電流，金屬中能產(chǎn)生傳導(dǎo)電流 j j E E波動微分方程波動微分方程：單色波波函數(shù)單色波波函數(shù)：波動微分方程式波動微分方程式：0222tEtEEi tEEeit 和022EiE220EE （介質(zhì)中）第三節(jié)第三節(jié) 光在金屬表面的反射和透射光在金屬表面的反射和透射2復(fù)介電常數(shù)：復(fù)介電常數(shù)： 復(fù)相位速度和復(fù)折射率：復(fù)相位速度和復(fù)折射率： 于是，有于是，有沿沿x x方向

2、行進(jìn)的平面波的表示方向行進(jìn)的平面波的表示式：式：ri0,rrcv 1rrccnkniv iknnkk1第三節(jié)第三節(jié) 光在金屬表面的反射和透射光在金屬表面的反射和透射3定義：定義：穿透深度為進(jìn)入金屬中的光的振幅下降到截面上振幅穿透深度為進(jìn)入金屬中的光的振幅下降到截面上振幅的的1/e1/e時的深度時的深度x x0 0 nx120二、金屬表面的反射二、金屬表面的反射區(qū)別區(qū)別：對于：對于金屬界面上的反射和折射的菲涅爾公式，將金屬界面上的反射和折射的菲涅爾公式，將 代代替實(shí)折射率替實(shí)折射率n n，相應(yīng)的折射角為復(fù)數(shù)形式：，相應(yīng)的折射角為復(fù)數(shù)形式：n12sin1sinn第三節(jié)第三節(jié) 光在金屬表面的反射和透

3、射光在金屬表面的反射和透射4菲涅耳公式：菲涅耳公式：sisserrsinsin2121pipperrtantan2121222122212coscosnnnnrss反射比反射比222122212cos1cos1nnnnrpp正入射正入射：nnnnnn21)1 (2111122222第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射5含義含義：光的吸收、色散和散射是光波在物質(zhì)中傳播時所發(fā)生光的吸收、色散和散射是光波在物質(zhì)中傳播時所發(fā)生的普遍現(xiàn)象，是光與物質(zhì)相互作用的表現(xiàn)的普遍現(xiàn)象，是光與物質(zhì)相互作用的表現(xiàn)一一、光的吸收、光的吸收 光波光波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)中的束縛電子在光波電磁場的作在介質(zhì)

4、中傳播時，介質(zhì)中的束縛電子在光波電磁場的作用下作受迫振動，使得介質(zhì)中的原子成為一個振蕩電偶極子。用下作受迫振動，使得介質(zhì)中的原子成為一個振蕩電偶極子。 光波要消耗能量來激發(fā)電偶極子的振蕩。光波要消耗能量來激發(fā)電偶極子的振蕩。 電偶極子的一部分能量將以電磁次波的形式與入射波疊加，電偶極子的一部分能量將以電磁次波的形式與入射波疊加，成為反射波和折射波；成為反射波和折射波； 另一部分能量與原子分子相互作用成為其他形式的能量，這另一部分能量與原子分子相互作用成為其他形式的能量，這一部分的能量損耗就是物質(zhì)對光的吸收一部分的能量損耗就是物質(zhì)對光的吸收。第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射

5、6（一）（一） 光吸收定律光吸收定律1 1、朗伯定律：、朗伯定律：一束單色平行光在某種介質(zhì)中沿一束單色平行光在某種介質(zhì)中沿x x方向行進(jìn)，通過厚度為方向行進(jìn)，通過厚度為dxdx的薄的薄層后光強(qiáng)變?yōu)閷雍蠊鈴?qiáng)變?yōu)镮- I-dIdI，實(shí)驗(yàn)表明：光強(qiáng)的減少量，實(shí)驗(yàn)表明：光強(qiáng)的減少量dIdI與光強(qiáng)與光強(qiáng)I I及通及通過的介質(zhì)厚度過的介質(zhì)厚度dxdx成正比，即成正比，即dxIdI或或leII0朗伯定律：表示由于物質(zhì)對光的吸收，隨著光進(jìn)入物質(zhì)的深度的朗伯定律：表示由于物質(zhì)對光的吸收，隨著光進(jìn)入物質(zhì)的深度的增加，光的強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減，它反映了光與物質(zhì)的線性相互增加，光的強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減，它反映了光與物質(zhì)的

6、線性相互作用，適用于不太強(qiáng)的光束，對激光不成立。作用，適用于不太強(qiáng)的光束，對激光不成立。第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射72 2、比爾定律、比爾定律當(dāng)光通過溶解于透明溶劑中的物質(zhì)而被吸收時，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)光通過溶解于透明溶劑中的物質(zhì)而被吸收時，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溶液濃度不太大時，吸收系數(shù)當(dāng)溶液濃度不太大時，吸收系數(shù) 與溶液濃度與溶液濃度C C成正比，成正比，其吸收規(guī)律表示為其吸收規(guī)律表示為ClCeII0式中式中 與濃度與濃度C C無關(guān)的常量。比爾定律只適用于低濃度溶液無關(guān)的常量。比爾定律只適用于低濃度溶液。由。由上面分析知，各種物質(zhì)的吸收系數(shù)相差很大。光在空氣中傳播上面分析知，各

7、種物質(zhì)的吸收系數(shù)相差很大。光在空氣中傳播時吸收很少時吸收很少，極，極薄的金屬片就能吸收掉通過它的光能，呈現(xiàn)出薄的金屬片就能吸收掉通過它的光能，呈現(xiàn)出對光的不透明性。對光的不透明性。第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射8（二）（二） 吸收的波長選擇性吸收的波長選擇性 大多數(shù)大多數(shù)物質(zhì)在可見光區(qū)的吸收具有波長選擇性。如紅玻璃對物質(zhì)在可見光區(qū)的吸收具有波長選擇性。如紅玻璃對綠光、藍(lán)光和紫光幾乎全部吸收，對紅光、橙光吸收很少，綠光、藍(lán)光和紫光幾乎全部吸收，對紅光、橙光吸收很少，所以白光照射紅玻璃時，只有紅光能通過，玻璃呈現(xiàn)紅色。所以白光照射紅玻璃時，只有紅光能通過，玻璃呈現(xiàn)紅色。 物

8、質(zhì)物質(zhì)吸收的波長選擇性可用它的吸收系數(shù)和波長的關(guān)系曲線吸收的波長選擇性可用它的吸收系數(shù)和波長的關(guān)系曲線表示。表示。 物質(zhì)物質(zhì)的吸收線或吸收帶的位置即波長值與該物質(zhì)的發(fā)射光譜的吸收線或吸收帶的位置即波長值與該物質(zhì)的發(fā)射光譜線或光譜帶的位置一致。線或光譜帶的位置一致。第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射9二、光的色散二、光的色散色散色散：指光在物質(zhì)中傳播時其折射率（傳播速度）隨光波：指光在物質(zhì)中傳播時其折射率（傳播速度）隨光波頻率（波長）而變的現(xiàn)象。頻率（波長）而變的現(xiàn)象。（一）正常色散和反常色散（一）正常色散和反常色散正常色散：是發(fā)生在物質(zhì)透明區(qū)（物質(zhì)對光的吸收很?。﹥?nèi)的色散，

9、正常色散：是發(fā)生在物質(zhì)透明區(qū)（物質(zhì)對光的吸收很?。﹥?nèi)的色散，其折射率隨光波長的增大而減小，其折射率隨光波長的增大而減小，色散曲線呈色散曲線呈單調(diào)下降單調(diào)下降( (見見P319P319圖圖11-28)11-28)，其規(guī)律可用經(jīng)驗(yàn)公式，其規(guī)律可用經(jīng)驗(yàn)公式1 1、科希公式：、科希公式：反常色散：發(fā)生在物質(zhì)吸收區(qū)內(nèi)，其折射率隨波長的增大而增大。反常色散：發(fā)生在物質(zhì)吸收區(qū)內(nèi)，其折射率隨波長的增大而增大。見見P319圖圖11-29.第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射10（二）色散（二）色散的的解釋解釋介質(zhì)的色散表示介質(zhì)對于不同頻率的入射光有不同的折射率，介質(zhì)的色散表示介質(zhì)對于不同頻率的

10、入射光有不同的折射率，即不同頻率的光波在介質(zhì)中是以不同的速度傳播的，說明介質(zhì)即不同頻率的光波在介質(zhì)中是以不同的速度傳播的，說明介質(zhì)的折射率與頻率有關(guān)。的折射率與頻率有關(guān)。對于稀薄氣體介質(zhì)，設(shè)頻率為對于稀薄氣體介質(zhì)，設(shè)頻率為 的光波的光波 入射到氣體入射到氣體介質(zhì)內(nèi)，使介質(zhì)內(nèi)的束縛電子做受迫振動，由于磁場對電子的介質(zhì)內(nèi)，使介質(zhì)內(nèi)的束縛電子做受迫振動，由于磁場對電子的作用遠(yuǎn)小于電場力，則電子受迫振動方程為作用遠(yuǎn)小于電場力，則電子受迫振動方程為tiAEexptimEqldtl ddtldexp02022阻尼力恢復(fù)力電磁場力其解為其解為 tiiEmqtlexp2200第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射

11、光的吸收、色散和散射11說明：當(dāng)說明：當(dāng) 時，為共振現(xiàn)象，此時簡諧振子吸收光波能量最時，為共振現(xiàn)象，此時簡諧振子吸收光波能量最大；當(dāng)大；當(dāng) 時受迫振動的振幅時受迫振動的振幅l與光波頻率及阻尼力有關(guān)，且電與光波頻率及阻尼力有關(guān)，且電子振動與入射光波振動有一定的相位差子振動與入射光波振動有一定的相位差 。這使得電子成為振蕩。這使得電子成為振蕩電偶極子，其電偶極距為電偶極子，其電偶極距為ql，設(shè)介質(zhì)單位體積內(nèi)有，設(shè)介質(zhì)單位體積內(nèi)有N個原子，則介個原子，則介質(zhì)的極化強(qiáng)度為質(zhì)的極化強(qiáng)度為00iEmNqlNqP2202PEED0imNqEP22020002/1nrimNqn2200221 tiiEmqtl

12、exp2200第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射12 11220022imNqn討論討論:1、透明區(qū)（正常色散）在一般介質(zhì)中沿、透明區(qū)（正常色散）在一般介質(zhì)中沿x方向傳播的平面波方向傳播的平面波E為為txkiEEexp0011iknnkkinn記復(fù)折射率為則則tknxixknEEexpexp02 2、在共振頻率附近的選擇吸收區(qū)，即當(dāng)入射光頻率處于、在共振頻率附近的選擇吸收區(qū)，即當(dāng)入射光頻率處于的吸收帶附近時，折射率的吸收帶附近時，折射率n n表示式中的表示式中的 項(xiàng)不能忽略，此時項(xiàng)不能忽略，此時n n是復(fù)是復(fù)數(shù)，即數(shù)，即0 22112222ninninn第四節(jié)第四節(jié) 光的吸

13、收、色散和散射光的吸收、色散和散射13對于固體和液體、壓縮氣體，周圍分子在光場作用下計(jì)劃所對于固體和液體、壓縮氣體，周圍分子在光場作用下計(jì)劃所產(chǎn)生的影響不可以忽略，可以證明這時作用在電子上的電場產(chǎn)生的影響不可以忽略，可以證明這時作用在電子上的電場E為為03PEE類似推導(dǎo)得到類似推導(dǎo)得到或者或者0222002231mNqmNqn2200222321mNqnn洛倫茲洛倫茲- -洛倫次公式洛倫次公式第四節(jié)第四節(jié) 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射14三、光的散射三、光的散射光的散射是指由于物質(zhì)中存在的微小粒子對光束的作光的散射是指由于物質(zhì)中存在的微小粒子對光束的作用，使光波偏離原來的傳播方向而

14、向四周散開的現(xiàn)象。用，使光波偏離原來的傳播方向而向四周散開的現(xiàn)象。（一）瑞利散射和米氏散射（一）瑞利散射和米氏散射-線性散射線性散射瑞利散射：指散射粒子線度比波長小得多的粒子對光波的散射。瑞利散射：指散射粒子線度比波長小得多的粒子對光波的散射。米氏散射：指粒子線度大于米氏散射：指粒子線度大于 的較大微粒散射。的較大微粒散射。10利用光波作用于物質(zhì)中分子、原子所導(dǎo)致的電偶極子振蕩解釋散射現(xiàn)象。當(dāng)光利用光波作用于物質(zhì)中分子、原子所導(dǎo)致的電偶極子振蕩解釋散射現(xiàn)象。當(dāng)光波射入介質(zhì)中時，會激發(fā)起介質(zhì)中電子做受迫振動而發(fā)出次級電磁波，對于均波射入介質(zhì)中時，會激發(fā)起介質(zhì)中電子做受迫振動而發(fā)出次級電磁波，對于均勻介質(zhì)，這些次波疊加使光波沿著反射和折射定律方向傳播，不發(fā)生散射。當(dāng)勻介質(zhì)，這些次波疊加使光波沿著反射和折射定律方向傳播，不發(fā)生散射。當(dāng)介質(zhì)非均勻時，介質(zhì)內(nèi)有懸浮微粒而由入射波激發(fā)起的次波的振幅和相位不完介質(zhì)非均勻時，介質(zhì)內(nèi)有懸浮微粒而由入射波激發(fā)起的次波的振幅和相位不完全相同，則次波干涉的結(jié)果使在非透射方向上不能完全抵消而造成散射光。全相