光与物质的相互作用光的量子性.ppt

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1、光与物质的相互作用光的量子性现在学习的是第1页，共29页1 光的吸收开始涉及光和实物的相互作用。吸收 真吸收和散射。lxoxx+dxdxI0II+dI单色平行光，穿透媒质，I(x) ，xdIId 设xdIId ，得xeIxI 0)( 吸收系数一. 光强 ( 因吸收而减弱 ) 的规律再经 dx ，改变 dI ，( p.228 )(1)现在学习的是第2页，共29页( 极强光， 不再是常数，以上的布格尔定律不成立。)上式称为布格尔定律或郎伯定律，它是布格尔 ( P. Bouguer, 1698 1758 ) 在1729年发现的，郎伯 ( J.H. Lambert, 1728 1777 )在1760年

2、重新作了表述。现在学习的是第3页，共29页例 强度为I0的单色光垂直入射到有色玻璃片上，玻璃片的厚度为l，吸收系数为，折射率n=1.5。1. 试求透射光强和入射光强之比（不计多重反射）。2. 试求由于不计光强的反射损失而引起的相对误差是多少? 假设能量反射率R很小。3. 试问在测量玻璃片的吸收系数的实验中，怎样消除由于反射引起的误差？解： 1. 在玻璃片第一界面上反射的光强 为01RII 进入玻璃片的光强为01011IRIII传播l距离后的光强为llleIReII011在玻璃片的第二界面上反射的光强 为llRII 故透射光强为lllleIRIRIII02211现在学习的是第4页，共29页透射光

3、强与入射光强之比为leRII2021由菲涅耳公式，正入射时的能量反射率R为04. 025115 . 115 . 11122nnR2. 不计反射损失时，透射光与入射光的光强之比为le考虑反射损失时，透射光与入射光的光强之比为leR21现在学习的是第5页，共29页因此，不计反射损失引起的光强之比的绝对误差为llleReRe212相对误差为08. 02Re2Rell3. 用同种材料（即和R一定）制成的两块厚度不同的玻璃片来做实验，用同样的入射光强I0，测定透射光强。设厚度为l的玻璃片的透射光强为I2，厚度为l的玻璃片的投射光强为I2 ，则leRII2021现在学习的是第6页，共29页2021leRI

4、I二式相除，得22lleII此比值与反射损失R无关，故得出玻璃片的吸收系数为llIIln22现在学习的是第7页，共29页二. X射线断层成像 X射线断层成像，俗称CT，CT是 Computerized Tomography 的简写。这项研究成果曾获1979年诺贝尔生物医学奖。 一般的X光照片，是一个平面相，相片上的每一黑白点（称作像素），都是一束X射线穿过一个三维物体时，沿路径被吸收之后的总效果。整个相片是一个三维物体沿某一方向被X射线照射后的二维投影，人们不能从中了解物体某一点的吸收性质。从低维图象取得物体三维（即物体中每一成像单元）结构的问题称为三维重构。 在X射线技术中，为了解物体三维结

5、构，先进行断层成像。把物体划分成许多薄层，取得每一断层的相片（CT），这些相叠合之后，即构成立体相。取得断层像的过程是二维重构。现在学习的是第8页，共29页lllleeIIeeII31210401 现在学习的是第9页，共29页 以上是四个联立方程，解此方程即可求出未知的吸收系数到，用不同灰度表示值，即得到一个二维像。 上述这类问题在物理上称为逆问题，是从结果反求原因的问题。对一个实际物体，要求成像的单元很小、数目很大（即要求分辨率高），而用X射线照射所得数据又相当多，则这种逆问题就并不是那么好解的，需用许多技术上和计算方法上的高度技巧。现在学习的是第10页，共29页三. 复数折射率 吸收可归并

6、到一个 复折射率N中。在介质中沿x方向传播的的平面电磁波中电场强度可写作如下复数形式：tcnxiEtxiEEexpexp00这里n是实数，电磁波不随距离衰减。若形式地将其看作复数，并记做inNN的实部n与普通的折射率相当，其虚部称为消光系数,则(2)式化为(2)(3)现在学习的是第11页，共29页(4)tcNxiEEexp0tcnxieEcxexp0cxeEEEI220(5)现在学习的是第12页，共29页42c(6)(5)与(1)比较，得222221111nnNNR%7 .9010. 7295. 1633AlAlRiNnm%4 .9884. 3065. 0AgAgRiN现在学习的是第13页，共

7、29页222222) 1(412121knnRkniknNiirrirrir现在学习的是第14页，共29页RknrriiiiirrrkkRnnRRkkRnnRR现在学习的是第15页，共29页NoImage现在学习的是第16页，共29页iirrRRR现在学习的是第17页，共29页四. 普遍吸收和选择吸收吸收与波长的关系。在广阔的波段上，每种物质都有其选择吸收波长。五. 吸收光谱Fraunhofer 谱线 ( p.233，表格 )现在学习的是第18页，共29页 1938年，英国科学家发明了雷达(RADAR)，使几百乃至上千公里的飞机、战车、水面舰艇早早就被发现。RADAR = radio dete

8、cting and ranging现在学习的是第19页，共29页现在学习的是第20页，共29页现在学习的是第21页，共29页2 色散同一物质中，光速 和波长 有关的现象叫色散。一. 正常色散和反常色散 在所取的频段中，若折射率 n 随波长 的增加而单调下降，则称之为 正常色散。 无色透明材料( 例如玻璃 ) 在可见光范围是正常色散。 ( p.235, 图 2-2 )科希(Cauchy)公式(1836) ：42 CBAn 现在学习的是第22页，共29页在吸收带附近，n 随波长的改变而急剧改变(且因有强烈吸收，不易观察)，吸收带两边 较大的一侧 n 较大，这叫做 反常色散。( 历史遗留的称呼)现在

9、学习的是第23页，共29页二. 一种物质的全部色散曲线 一般特征：一系列吸收带，两相邻吸收带之间，n 随 的增加而单调下降。每经过一个吸收带，n 显著增大。曲线总趋势是随 增加而抬高。现在学习的是第24页，共29页三 . 经典色散理论imNZe2020211现在学习的是第25页，共29页3 光的散射瑞利散射定律米-德拜 散射理论现在学习的是第26页，共29页喇曼(Raman)散射 喇曼在实验中发现，从某些纯净的有机液体中散射出来的微弱光中，含有入射光中并不存在的波长。1928年3月，喇曼在南印度科学协会的大会上公布了这一发现，1930年或诺贝尔物理奖。 差不多与此同时，前苏联物理学家曼杰利斯塔

10、姆等人，在研究光在晶体上发生的散射光光谱时，也独立地发现了这种散射现象，他们把它称为联合散射。意思是说，这是光波和分子内的原子联合行动所造成的散射。现在学习的是第27页，共29页液体，晶体，入射光 0 ，散射光 ，除了有 0 的以外，还有，2010 ，2010 斯托克斯线(stokes)反斯托克斯线(anti-stokes)( 很弱 )各 i 与 0 无关，只由散射物质决定， i 是样品在红外的一条谱线的频率。现在学习的是第28页，共29页tEE00cosEp0tjjcos0tttEpjjcoscoscos00000ttEtEjjj00000000coscos21cos现在学习的是第29页，共29页