Transcript 光通过各向同性介质
第三章光通过各向同性介质及其界面所发生的现象 §1 光在各向同性介质界面上的反射和折射 一、 菲涅耳公式（Fresnel formula） As1 ' sin(i1 i2 ) As1 sin(i1 i2 ) tan(i1 i2 ) Ap1 tan(i1 i2 ) Ap1 ' As 2 2 sin i2 cosi1 As1 sin(i1 i2 ) Ap 2 2 sin i2 cosi1 Ap1 sin(i1 i2 ) cos(i1 i2 ) § 四、用反射和折射法获得偏振光 布儒斯特角 n1 n2 i 1 n1 线偏振光 ib n2 i2 i b i 2 90 0 n1 sin ib n2 sin i2 n2 cos ib tgi b n2 n1 布儒斯特 定 律 玻璃片堆 要提高反射线偏振光的强度， 可利用玻璃片堆的多次反射。 i0 i0 i’0 i’0 i’0 · ·· ··· i0 · · · · · · · · · · · · · · · · ·· ·· · ·· · 玻璃 片堆 . 在拍摄玻璃窗内的物体时， 去掉反射光的干扰 未装偏振片 装偏振片 应用：1.测量不透明介质的折射率？ 2.外腔式激光管加装布儒斯特窗 减少反射损失。 ·· i0 M1 i0 i0 ··· ·· · 布儒斯特窗 ·· i0 激光输出 M2 假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线 的玻璃片，那么自然光每经过一个窗口表面就 有大约4%的反射损失(96%透入)。光在M1 M2 之间每个单程要4次穿过窗口表面。这样，光来 回反射时，反射损耗太大就不能形成激光。 § 2 光的吸收（Absorption of Light） 1．一般吸收和选择吸收（normal absorption & selective absorption） 一般吸收 吸收很少，且在某一给定波段内几乎不变。 选择吸收 吸收很多，且随波长而剧烈地变化。 例如石英对可见光吸收甚微，但是对3.5~5.0 m 的红外光却强烈吸收。 2．朗伯定律 能量观点 dI Idx dI a Idx I dI d I I 0 a dx a 为吸收系数 I I 0 e a d ， d 0 稀溶液：a AC ，式中A是一个与浓度无关 的常量，C为溶液的浓度。 § 3 光的色散（Dispersion of Light） 1．色散的特点 色散：物质的折射率随波长改变的现象 dn 不同物质有不同的色散率 D d 在同一物质的光谱中，在不同的波长区内， 色散率也是不同的。 物质的折射率越大，光谱展开得越宽，即 D越大。 第六章 光的吸收、散射和色散（Adsorption Scattering and Dispersion of Light ） 6.4 光的散射（Dispersion of Light） 2．正交棱镜法 研究色散，目的是寻找 n f ( )的函数形式。 正交棱镜装置 三棱镜P1→AH（光谱） P1 P2→A’H’（光谱） n f ( ) ——弯曲光谱的形状。 3．正常色散与反常色散（Normal dispersion and abnormal dispersion） 正常色散曲线的信息 n dn , D d dn , 恒定, n d 不同物质，n f ( ) 不同。 3．正常色散与反常色散（Normal dispersion and abnormal dispersion） 反常色散（MN） 总是与光的吸收有密切关系。 习题1~5；8~10 例6.3 § 4 光的散射（Scattering of Light） 1．规律 光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧 向却可以见到光，称为光的散射。 I I 0e ( a s ) d I 0ed a 为吸收系数， s 为散射系数， 为衰减系数。 2．机制 光通过非均匀物质时，杂质微粒的线度一 般比光的波长小，它们彼此间的距离比波长大， 而且排列毫无规则。因此，当它们在光作用下 振动时彼此间无固定的相位关系，次级辐射的 不相干叠加，各处不会相消，从而形成散射光。 3．Rayleigh Scattering 实验 白光通过浑浊物质时，沿z 方向，散射光呈 青蓝色，沿x方向，散射光呈红色。 瑞利散射定律 Rayleigh law 散射光强度 I 1 紫光的散射强度大约是红光的10倍。 4 y D y 4． 偏振性 p O B’ A’ AP 实验 D’ 自然光入射到散射物质中，观察到： z 正侧方（z）线偏振 斜方向（C）部分偏振 对着x方向（x）自然光 z B x 解释 用电偶极子次级辐射可解释 实验现象 分解成 + 被微粒散射时，各方向上的振幅可看成以上 两个分振动的合成。 退偏振 线偏振光照射某些气体或液体，从侧向 观察时，散射光变成部分偏振的，称为退偏 振。其机理是介质分子本身是各向异性的。 5．散射光的强度 设I0为沿入射自然光 x 方向的散射光强度， 则从CO方向观察到散射光强度为 I I 0 (1 cos2 ) 散射光强度在Oxz平面内按方向分布曲线图。 6．分子散射 概念 在光学性质完全均匀的物质中，由于物 质分子密度的涨落而引起的散射。 解释 晴朗的天空呈现浅蓝色；清晨日出或傍 晚日落时，看到太阳呈现红色；正午时太阳 光，呈现白色。 米氏散射与城市天空的景象。 米氏散射理论在大气光学中占重要地位， 它是人工降雨的理论基础。