光學(xué)第三章精品課件

1、光學(xué)第三章第1頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射第三章 光通過各向同性介質(zhì)及其界面所發(fā)生的現(xiàn)象第2頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一主要內(nèi)容1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射1. 菲涅耳公式2. 反射、折射時(shí)的相位躍遷（相移）3. 光在反射和折射時(shí)振動(dòng)分量改變的真實(shí)情況4. 斯托克斯倒易關(guān)系5. 光強(qiáng)、能流反射率和透射率6. 布儒斯特定律7. 反射光與折射光的偏振態(tài)第3頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一小坐標(biāo)系：p、s、k直角坐標(biāo)系。k軸：光傳播方向；p軸：在入射面內(nèi)；s軸：垂直于

2、入射面，正方向沿y 軸正方向。1. 菲涅耳公式1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射按p、s、k構(gòu)成右手正交系大坐標(biāo)系：x，y，z直角坐標(biāo)系。z軸：法線，方向從介質(zhì)1至介質(zhì)2；x軸：在入射面內(nèi)；y軸：垂直入射面指向我們。因而可以將入射光、反射光和折射光振動(dòng)矢量分解為p分量Ep和s分量Es（光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2）圖3.1-1 光在兩種透明電介質(zhì)分界面上的反射和折射i1p1k1i1p1k1k2n2n1xzOi2s1s1s2p2第4頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一菲涅耳公式（重要） 1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射振幅反射率：振幅透射率： 菲涅爾公式所說的是在分界面上

3、發(fā)生反射和折射時(shí)各振動(dòng)分量的變化情況；s分量和p分量分別獨(dú)立地按照各自的規(guī)律反射和折射，其振幅反射率和振幅透射率僅取決于光束的入射角和兩種介質(zhì)的折射率第5頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射2. 反射、折射時(shí)的相位躍遷（相移）外反射：光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)內(nèi)反射：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì) 外反射時(shí)相位躍遷（n1n2）p分量s分量折射時(shí)相位躍遷：折射光與入射光同相位圖3.1-3 振幅反射率曲線（n1=1.5，n2=1）rp3090060rsiBici1/(o)-0.501.0i1P1S1k1i1P2S2k2n2n1i2Ok1P1S1z

4、x反射光的相位躍遷第7頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射3.光在反射和折射時(shí)振動(dòng)分量改變的真實(shí)情況時(shí)的反射和折射圖3.1-4時(shí)的反射和折射圖3.1-5第8頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一正入射（i1=0）000000例題: 分析正入射和掠入射時(shí)反射光和折射光電矢量的p、s分量相對于入射光的相位改變情況。解：根據(jù)上圖，可以將正入射和掠入射時(shí)相位改變寫出，見表。掠入射（i1=90O）00第9頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射光從一透明薄膜的上下表面反

5、射時(shí)，兩平行反射光之間的相位躍變結(jié)論：當(dāng)薄膜上下折射率相同時(shí)，兩平行反射光之間會有半波損（相位躍 變）。 當(dāng)薄膜上下折射率不同，并且三者依次增大或依次減小時(shí)，兩平行反 射光之間沒有半波損。第10頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2：振幅反射率：rs、rp， 振幅透射率：ts、tp 光從介質(zhì)2射入介質(zhì)1：振幅反射率：rs、rp，振幅透射率：ts、tp 托克斯倒易關(guān)系4. 斯托克斯倒易關(guān)系圖3.1-6 斯托克斯倒易關(guān)系的證明ArtAArrAttArArAtAtAtrn2n1由光路的可逆性原理得：1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射第11頁，共68頁，2

6、022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一光強(qiáng)：光強(qiáng)反射率：光強(qiáng)透射率：5.光強(qiáng)反射率和透射率1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射能流W：單位時(shí)間流過面積S的光能量。能流透射率：Tp能流反射率：Rp能量守恒：TpRp1TSRS1Rs= 第12頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射光強(qiáng)、能流反射率和透射率隨入射角的變化第13頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一p分量s分量振幅反射率光強(qiáng)反射率能流反射率振幅透射率光強(qiáng)透射率能流透射率各種反射率和透射率的定義（重要）1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射第14頁，共68

7、頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一布儒斯特角：反射光p分量為零時(shí)對應(yīng)的入射角，或者折射光線與反射光線正交 時(shí)的入射角iB 布儒斯特定律：入射角等于布儒斯特角iB時(shí)，反射光是線偏振光(只存在s分量)，布儒斯特角為圖3.1-9 自然光以布儒斯特角入射時(shí)的反射和折射iBE1pE1sk1iBE1sk1iBk2E2pE2sn2n16. 布儒斯特定律1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射布儒斯特角又稱為起偏角或者全偏振角第15頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 自然光以布儒斯特角入射時(shí)，反射光為只有s分量的線偏振光，透射光變?yōu)椴糠制窆?。說 明： 線偏振光以布儒斯特角

8、入射時(shí)，反射光為只有s分量的線偏振光，折射光也是線偏振光；若入射光的振動(dòng)面與入射面垂直，則反射光和透射光均為振動(dòng)面垂直于入射面的線偏振光；若入射光振動(dòng)面與入射面平行，則反射光強(qiáng)度為0，即全部透射。 圓偏振光以布儒斯特角入射時(shí)，反射光仍為只有s分量的線偏振光，透射光變?yōu)闄E圓偏振光。1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射第16頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一例1將一介質(zhì)平板放在水中, 板面與水平面的夾角為，如圖。已知折射率n水=1.333，n介質(zhì)=1.681，要使水面和介質(zhì)面反射光均為線偏振光, 求又根據(jù)布儒斯特定律可得：解：如圖所示，第17頁，共68頁，2022年，5月

9、20日，17點(diǎn)28分，星期一例2自然光以布儒斯特角入射到折射率為1.5的平板玻璃上時(shí)，求折射光的偏振度(忽略玻璃對光的吸收）？1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射解：已知n1=1.0，n2=1.5，自然光的,折射光的偏振度為：又：iBE1pE1sk1iBE1sk1iBk2E2pE2sn2n1得：折射光的偏振度很低，反射光雖然是線偏振光，但是光能較入射光很弱第18頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一特點(diǎn)：可對入射光的偏振態(tài)及振幅進(jìn)行調(diào)制。 玻片堆的應(yīng)用：起偏器，檢偏器，偏振分束器，偏振激光器等。 圖3.1-10 玻片堆iB自然光I0Ip忽略玻璃吸收1 光在各向同性介質(zhì)界面

10、上的反射和折射玻片堆反射鏡布儒斯特窗圖3.1-12 帶布儒斯特窗的激光諧振腔圖3.1-11 偏振分束棱鏡sp自然光等效于玻片堆的多層介質(zhì)膜第19頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射大小一般不同同時(shí)相位也將發(fā)生變化A）自然光入射：正入射：反射、折射光仍然為自然光布儒斯特角入射：反射光為線偏振，透射光為部分偏振。其它情況兩者皆為部分偏振。B）圓偏振入射：一般情況，由于S、P分量的振幅反射率不同，反射光為橢圓偏振光7. 反射、折射時(shí)的偏振態(tài)變化C）橢圓偏振光入射：一般仍然為橢圓偏振光。全反射時(shí)：P、S之間的位相差因此反射光為橢圓偏振光。D）

11、線偏振光入射：一般仍為線偏振光。i1p1k1i1p1k1k2n2n1xzOi2s1s1s2p2第20頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一例3 一右旋圓偏振光正入射到一玻璃表面，試確定反射光的偏振態(tài)。解：將右旋圓偏振光分解成兩互相垂直的振動(dòng) , 在入射面內(nèi)，垂直于入射面。入射光的振動(dòng)方程為：其中，由菲涅爾公式：得：所以反射光是左旋圓偏振光第21頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射本節(jié)重點(diǎn)1. 垂直入射時(shí)的振幅反射比和振幅透射比、強(qiáng)度反射率與能流反射率2. 斯托克斯倒易關(guān)系3. 布儒斯特定律及其應(yīng)用4. 反射和折射時(shí)

12、偏振態(tài)的改變第22頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一2 光的吸收第23頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1. 吸收定律2. 介質(zhì)吸收的特點(diǎn)3. 吸收光譜及其應(yīng)用主要內(nèi)容2 光的吸收第24頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一光吸收的特點(diǎn)：吸收是介質(zhì)的普遍性質(zhì)。除真空外，沒有任何一種介質(zhì)對任何波長的電磁波均完全透明。一般介質(zhì)只能對某些波長范圍內(nèi)的光波透明，而對另外一些波長范圍的光波不透明或部分透明。光吸收的基本概念：光波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其強(qiáng)度隨傳播距離衰減的現(xiàn)象。1. 吸收定律2 光的吸收第25頁，共68頁，2022年，5月20

13、日，17點(diǎn)28分，星期一布格爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果：a：介質(zhì)的吸收系數(shù)，與入射光的波長有關(guān)意義：均勻介質(zhì)中，光強(qiáng)度的衰減量正比于入射光強(qiáng)度和介質(zhì)薄層厚度。(1) 朗伯定律朗伯定律：光波透過整個(gè)介質(zhì)后的強(qiáng)度： I0：入射光強(qiáng)度；l：光波穿過的介質(zhì)厚度 2 光的吸收圖3.2-1 光的吸收0zzlz+dzI0I第26頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一比爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果：透明溶液的吸收系數(shù)a 正比于溶液的濃度C: 比爾定律： A：與溶液濃度無關(guān)的常數(shù)，反映了溶液中吸收物質(zhì)分子的特征。 說明：比爾定律僅適用于稀溶液（物質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受其鄰近分子影響時(shí)才成立）。對于稀溶液，根據(jù)比爾定律，在A已知

14、的情況下，可以通過溶液的吸收特征來確定溶液的濃度（溶液中吸收物質(zhì)含量）。當(dāng)溶液濃度很大時(shí)，分子間的相互作用不可忽略，比爾定律不再成立，但朗伯定律始終成立。此外，朗伯定律僅描述了介質(zhì)在一般光源產(chǎn)生的光輻射下的線性吸收，對于強(qiáng)激光輻射下的非線性吸收，朗伯定律不再成立。 (2) 比爾定律2 光的吸收第27頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一普遍吸收（均勻吸收，一般吸收）：介質(zhì)對某些波長范圍光輻射的均勻吸收。 普遍吸收的特點(diǎn)：吸收系數(shù)很小，且對于給定波段內(nèi)各種波長成分具有相同程度的吸收系數(shù)。 選擇吸收：介質(zhì)對某些波長范圍的劇烈吸收。由于所吸收光子的能量對應(yīng)著介質(zhì)的某個(gè)躍遷能級，故

15、又稱共振吸收。 選擇吸收的特點(diǎn)：吸收系數(shù)很大，且隨波長的不同而劇烈地變化。 說明：任何物質(zhì)，既存在普遍吸收，又存在選擇吸收。普遍吸收的結(jié)果導(dǎo)致介質(zhì)的局部溫度升高，選擇吸收的結(jié)果導(dǎo)致介質(zhì)能級發(fā)生躍遷。不同物質(zhì)對不同波長范圍的光輻射具有不同的吸收特性。對于可見光波段，普遍吸收意味著光波透過該介質(zhì)時(shí)不變色，選擇吸收則意味著光波透過該介質(zhì)時(shí)的顏色將發(fā)生改變。 2. 介質(zhì)吸收的特點(diǎn)2 光的吸收第28頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一光學(xué)材料波長范圍/nm光學(xué)材料波長范圍/nm冕玻璃3502000巖鹽（NaCl）17514500火石玻璃3802500氯化鉀（KCl）18023000

16、石英玻璃1804000氟化鋰（LiF）1107000螢石（CaF2）1259500表3.2-1 常用光學(xué)材料的透光波段石英玻璃在紫外和可見光區(qū)具有普遍（均勻）吸收特性 2 光的吸收第29頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一(1) 吸收光譜 具有連續(xù)光譜分布的光，通過有選擇吸收的介質(zhì)之后，某些波段或某些波長成分的光能量被介質(zhì)部分或全部吸收，剩余的經(jīng)分光儀器進(jìn)行光譜展開后，原來連續(xù)分布的光譜中將出現(xiàn)一些暗區(qū)或暗線吸收光譜。 發(fā)射光譜與吸收光譜：物質(zhì)在較高溫度下的發(fā)射光譜與在較低溫度下的吸收光譜對應(yīng)。前者表現(xiàn)為暗背景下的一組亮帶或亮線，后者則表現(xiàn)為連續(xù)光譜下的一組暗帶或暗線。帶

17、狀光譜與線狀光譜：由于物質(zhì)分子或原子間相互作用的影響，一般情況下，流體、固體物質(zhì)的吸收波段很寬，吸收光譜為具有一定寬度的帶狀分布。稀薄氣體的吸收波段很窄，吸收光譜為一系列明銳的暗線。 3. 吸收光譜及其應(yīng)用2 光的吸收第30頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一2 光的吸收鎂原子的能級圖第31頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一2 光的吸收原子的吸收光譜第32頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一太陽光譜：較寬的連續(xù)光譜，其中99.9的能量集中在紅外、可見光及紫外區(qū)。由于地球大氣中臭氧、水汽和其他大氣分子的強(qiáng)烈吸收，短于295nm和

18、大于2500nm波長的太陽輻射不能到達(dá)地面，故在地面上觀測的太陽輻射的波段范圍大約為2952500nm。 夫瑯禾費(fèi)線：太陽輻射的連續(xù)光譜背景上呈現(xiàn)出的暗線，源于太陽周圍溫度較低的太陽大氣中的原子對更加熾熱的內(nèi)核發(fā)射的連續(xù)光譜選擇吸收的結(jié)果。 表3.2-2 太陽吸收光譜中較強(qiáng)的夫瑯禾費(fèi)線符號波長/nm吸收元素符號波長/nm吸收元素A759.4-762.1Ob1518.362MgB686.7-688.4OF486.133HC656.282HG430.791FeD1589.592NaG430.774CaD2588.995Nag422.673CaD3587.562HeH396.849CaE526.95

19、4FeK393.368Ca2 光的吸收第33頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一太陽光譜2 光的吸收第34頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 物質(zhì)中雜質(zhì)元素含量的定量分析：極少量混合物或化合物中原子含量的變化在光譜吸收中將反映為吸收系數(shù)的很大變化，通過對其吸收光譜的分析，可以定量確定出該元素的含量及變化規(guī)律。 (2) 吸收光譜的應(yīng)用 氣象預(yù)報(bào)：大氣中的主要吸收氣體為水蒸氣、二氧化碳及臭氧等，通過對這些成分的光譜吸收特性的分析，可獲知其含量的變化，從而為氣象預(yù)報(bào)提供必要的參考資料。2 光的吸收 分子結(jié)構(gòu)分析：不同分子或同一分子的不同同質(zhì)異構(gòu)體，具有明

20、顯不相同的紅外吸收光譜。通過分析分子的紅外吸收光譜，可以獲取分子結(jié)構(gòu)的信息。第35頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 太陽大氣分析：太陽光極為寬闊的連續(xù)譜以及數(shù)以萬計(jì)的吸收線和發(fā)射線，是極為豐富的太陽信息寶藏。利用太陽光譜，可以探測太陽大氣的化學(xué)成分、溫度、壓力、運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)模型以及各種活動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制與演變規(guī)律，認(rèn)證輻射譜線和確認(rèn)各種元素的豐度。太陽發(fā)生爆發(fā)時(shí)，太陽極的紫外和軟X射線都會出現(xiàn)很大的變化。利用這些波段的光譜變化特征可以研究太陽的多種活動(dòng)現(xiàn)象。2 光的吸收第36頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1. 朗伯定律與比爾定律及應(yīng)用2. 普

21、遍吸收與選擇吸收的特點(diǎn)和區(qū)別本節(jié)重點(diǎn)2 光的吸收第37頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一3 光的色散與群速度第38頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1. 色散的概念 2. 色散曲線的特征 主要內(nèi)容3 光的色散與群速度第39頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一色散：介質(zhì)的折射率隨波長（頻率）不同而變化 色散率D：D=dn/dl，介質(zhì)的折射率隨波長的變化率 1. 色散的概念3 光的色散與群速度三棱鏡的色散第40頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一(1) 正常色散曲線 圖3.3-1 常用光學(xué)材料的色散曲線nl

22、 (nm)螢石冕牌玻璃石英玻璃輕火石玻璃重火石玻璃100008006004002001.401.501.801.601.70不同介質(zhì)的色散曲線沒有簡單的相似關(guān)系 特點(diǎn)：在普遍吸收區(qū)域內(nèi) 2. 色散曲線的特征3 光的色散與群速度波長變化范圍不太大時(shí)： A，B，C：與介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，需由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定 柯西經(jīng)驗(yàn)公式：因而色散率公式為：第41頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一在選擇吸收區(qū)，折射率隨波長出現(xiàn)突變。在選擇吸收區(qū)兩側(cè)，折射率隨波長迅速變化。遠(yuǎn)離吸收區(qū)處，折射率隨波長的變化表現(xiàn)為正常色散特征。 結(jié)論：反常色散反映了介質(zhì)在選擇吸收區(qū)及其附近的色散特征。如果介質(zhì)在某一光譜區(qū)

23、出現(xiàn)反常色散，則一定表明介質(zhì)在該波段具有強(qiáng)烈的選擇吸收特性。而在正常色散的光譜區(qū)，介質(zhì)則表現(xiàn)為均勻吸收特性。 特點(diǎn)：(2) 反常色散曲線3 光的色散與群速度圖3.3-4 介質(zhì)的色散曲線ln吸收帶第42頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一全部色散曲線：各波段的正常色散曲線與反常色散曲線之總和 圖3.3-5 一種介質(zhì)的全部色散曲線l01l03l02可見光近紫外近紅外遠(yuǎn)紅外無線電波X射線遠(yuǎn)紫外0lnl(3) 全部色散曲線3 光的色散與群速度第43頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一本節(jié)重點(diǎn)1. 介質(zhì)色散特性的定量表示 2. 正常色散、反常色散的特點(diǎn)及其與吸

24、收的關(guān)系 3. 色散曲線的特征 4. 柯西色散公式的數(shù)學(xué)表述 3 光的色散與群速度第44頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一4 光的散射第45頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一4 光的散射1. 散射的一般概念2. 瑞利散射3. 米氏散射主要內(nèi)容第46頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一光散射：光波在透明介質(zhì) (固體、液體或者氣體) 中傳播時(shí)，有部分光波偏離原來的傳播方向向四面八方傳播的現(xiàn)象稱為光的散射。偏離原來方向的光稱為散射光。1. 散射的一般概念4 光的散射散射現(xiàn)象分類： 散射光的波長不變化：瑞利散射、米氏散射和分子散射

25、散射光的波長變化：拉曼散射、布里淵（Brillouin）散射、康普頓散射 散射產(chǎn)生的原因：物質(zhì)中的雜質(zhì)微?；虿灰?guī)則排列的物質(zhì)微粒在光波作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生次級輻射，因彼此間無固定的相位關(guān)系，各微粒所發(fā)出的次波在空間各點(diǎn)發(fā)生非相干疊加，形成散射光。 第47頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一(1) 瑞利的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖3.4-1 瑞利散射實(shí)驗(yàn)xlz散射光散射物質(zhì) 白光實(shí)驗(yàn)：平行自然白光入射于牛奶與水的混合液中 正側(cè)向（x方向）散射光：青藍(lán)色短波成分居多 平行向（z方向）透射光：偏紅色長波成分居多 2.瑞利散射4 光的散射散射粒子的橫向幾何線度遠(yuǎn)小于入射光波長時(shí)的散射稱

26、為瑞利散射（ ）第48頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 瑞利散射要求散射微粒的線度小于光波波長，當(dāng)散射微粒的線度接近或大于光波波長時(shí)，如高空中云層的散射，瑞利散射定律將不再適用。(2) 瑞利散射定律說明：4 光的散射 波長越短，散射越強(qiáng)。 當(dāng)散射微粒的幾何線度遠(yuǎn)小于波長時(shí)（ ），散射過程不改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL，但散射光的強(qiáng)度隨入射光的波長不同而不同,散射光的強(qiáng)度反比于l4。第49頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 單色平行自然光入射時(shí) 透射光或其反方向：自然光 正側(cè)向（x或y方向）：振動(dòng)面垂直于透射光方向的線偏振光 其他方向：部分偏振光散射光強(qiáng)度：

27、 （Q：散射光方向） 線偏振光入射時(shí) 各向散射光：線偏振光散射光強(qiáng)度：（Q：散射光方向）zQx散射光方向入射光方向 Ip/2I (Q )圖3.4-3 自然光產(chǎn)生的散射光強(qiáng)的分布圖3.4-2 自然光產(chǎn)生的散射光的偏振態(tài)zxy4 光的散射第50頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一 對于足夠大的粒子（al），散射光強(qiáng)基本上與波長無關(guān)，并且散射光強(qiáng)隨a/l值的增大出現(xiàn)起伏，交替達(dá)到極大值和極小值。這種起伏的幅度亦隨a/l的增大而逐漸減小。此時(shí)的散射叫做米氏散射。 3.米氏散射4 光的散射圖3.4-4 瑞利散射和米氏散射散射光強(qiáng)a/l米氏區(qū)瑞利區(qū)2461080第51頁，共68頁，2

28、022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一第52頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一1. 瑞利散射的特點(diǎn)、散射定律及適用范圍2. 米氏散射本節(jié)重點(diǎn)4 光的散射第53頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一本章總結(jié)1 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射1.菲涅耳公式第54頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一2. 反射、折射時(shí)的相位躍遷（相移）本章總結(jié)反射光折射光相對于入射光無相位躍遷第55頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一3.斯托克斯倒易關(guān)系本章總結(jié)光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2：振幅反射率：rs、rp， 振幅透射率：t

29、s、tp光從介質(zhì)2射入介質(zhì)1：振幅反射率：rs、rp，振幅透射率：ts、tp 第56頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一p分量s分量振幅反射率光強(qiáng)反射率能流反射率振幅透射率光強(qiáng)透射率能流透射率4. 各種反射率和透射率的定義（重要）本章總結(jié)第57頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一布儒斯特角：反射光p分量為零時(shí)對應(yīng)的入射角，或者折射光線與反射光線正交 時(shí)的入射角iB 布儒斯特定律：入射角等于布儒斯特角iB時(shí)，反射光是線偏振光(只存在s分量)，布儒斯特角為圖3.1-9 自然光以布儒斯特角入射時(shí)的反射和折射iBE1pE1sk1iBE1sk1iBk2E2pE

30、2sn2n15.布儒斯特定律本章總結(jié)第58頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一A）自然光入射：正入射：反射、折射光仍然為自然光布儒斯特角入射：反射光為線偏振，透射光為部分偏振。其它情況兩者皆為部分偏振。B）圓偏振入射：一般情況，由于S、P分量的振幅反射率不同，反射光為橢圓偏振光6. 反射、折射時(shí)的偏振態(tài)變化C）橢圓偏振光入射：一般仍然為橢圓偏振光。全反射時(shí)：P、S之間的位相差因此反射光為橢圓偏振光。D）線偏振光入射：一般仍為線偏振光。本章總結(jié)第59頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一2 光的吸收本章總結(jié)圖3.2-1 光的吸收0zzlz+dz(1) 朗

31、伯定律朗伯定律：光波透過整個(gè)介質(zhì)后的強(qiáng)度： I0：入射光強(qiáng)度；l：光波穿過的介質(zhì)厚度 第60頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一稀釋溶液的吸收系數(shù)a 正比于溶液的濃度C: 比爾定律： A：與溶液濃度無關(guān)的常數(shù)，反映了溶液中吸收物質(zhì)分子的特征。 說明：比爾定律僅適用于稀釋溶液（物質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受其鄰近分子影響時(shí)才成立）。當(dāng)溶液濃度很大時(shí)，分子間的相互作用不可忽略，比爾定律不再成立，但朗伯定律始終成立。此外，朗伯定律僅描述了介質(zhì)在一般光源產(chǎn)生的光輻射下的線性吸收，對于強(qiáng)激光輻射下的非線性吸收，朗伯定律不再成立。 (2) 比爾定律本章總結(jié)第61頁，共68頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)28分，星期一普遍吸收（均勻吸收，一般吸收）：介質(zhì)對某些波長范圍光輻射的均勻吸收。 普遍吸收的特點(diǎn)：吸收系數(shù)很小，且對于給定波段內(nèi)各種波長成分具有相同程度的吸收