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文檔簡(jiǎn)介
7.2
光的吸收(Absorptionoflight)所謂光的吸收,就是指光波通過(guò)介質(zhì)后,光強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象。由上節(jié)的討論可知,光的吸收可以通過(guò)介質(zhì)的消光系數(shù)描述。/00.9970.9980.9991.0001.0011.0021.0030.050.100.9751.0001.025n2光吸收是介質(zhì)的普遍性質(zhì),除了真空,沒有一種介質(zhì)能對(duì)任何波長(zhǎng)的光波都是完全透明的,只能是對(duì)某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光透明,對(duì)另一些范圍的光不透明。所謂透明,并非沒有吸收,只是吸收較少。所以確切地說(shuō),石英對(duì)可見光吸收很少,而對(duì)(3.5~5.0)m的紅外光有強(qiáng)烈的吸收。7.2
光的吸收(Absorptionoflight)
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)光在均勻介質(zhì)中傳播,經(jīng)過(guò)薄層dl后,由于介質(zhì)的吸收,光強(qiáng)從I減少到(I-dI)。朗伯總結(jié)了大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出,dI/I應(yīng)與吸收層厚度dl成正比,即有K為吸收系數(shù),負(fù)號(hào)表示光強(qiáng)減少。ldlII0若引入消光系數(shù)
描述光強(qiáng)的衰減,則吸收系數(shù)K與消光系數(shù)有如下關(guān)系:
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)由此,朗伯定律可表示為各種介質(zhì)的吸收系數(shù)差別很大,對(duì)于可見光,金屬的K106cm-1,玻璃的K10-2cm-1
,而一個(gè)大氣壓下空氣的K10-5cm-1
。
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)吸收系數(shù)K是波長(zhǎng)的函數(shù),根據(jù)K隨波長(zhǎng)變化規(guī)律的不同,將吸收分為一般性吸收和選擇性吸收。
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)一般性吸收:在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi),若吸收系數(shù)K很少,并且近似為常數(shù)。選擇性吸收:如果吸收較大,且隨波長(zhǎng)有顯著變化。當(dāng)白光射到紅玻璃上時(shí),只有紅光能夠透過(guò),我們看到它呈紅色。如果紅玻璃用綠光照射,玻璃看起來(lái)將是黑色。例如,在可見光范圍內(nèi),一般的光學(xué)玻璃吸收都較小,且不隨波長(zhǎng)變化,屬一般性吸收,而有色玻璃則具有選擇性吸收。
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)普通光學(xué)材料在可見光區(qū)都是相當(dāng)透明的,它們對(duì)各種波長(zhǎng)的可見光都吸收很少。但是在紫外和紅外光區(qū),它們則表現(xiàn)出不同的選擇性吸收。
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)在制造光學(xué)儀器時(shí),必須考慮光學(xué)材料的吸收特性。例如,紫外光譜儀中的棱鏡、透鏡需用石英制作,而紅外光譜儀中的棱鏡、透鏡則需用螢石等晶體制作。幾種光學(xué)材料的透光波段光學(xué)材料波長(zhǎng)范圍/nm光學(xué)材料波長(zhǎng)范圍/nm冕牌玻璃350~2000螢石(GaF2)125~9500火石玻璃380~2500巖鹽(NaCl)175~14500石英玻璃180~4000氯化鉀(KCl)180~23000
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)應(yīng)當(dāng)指出,盡管朗伯定律總是成立,但比爾定律的成立卻是有條件的:只有在物質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受它周圍鄰近分子的影響時(shí),比爾定律才正確。OHHOHHOHH
7.2.1
光吸收定律(Absorptionlawoflight)當(dāng)濃度很大,分子間的相互作用不可忽略時(shí),比爾定律不成立。7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)介質(zhì)的吸收系數(shù)及隨光波長(zhǎng)的變化關(guān)系曲線稱為該介質(zhì)的吸收光譜。光源吸收物質(zhì)分光儀使一束連續(xù)光譜的光通過(guò)有選擇性吸收的介質(zhì),再通過(guò)分光儀,即可測(cè)出在某些波段上或某些波長(zhǎng)上的光被吸收,形成吸收光譜。氣體吸收光譜的特點(diǎn)是:吸收光譜是清晰、狹窄的吸收線,吸收線的位置正好是該氣體發(fā)射光譜線的位置。598.59588.99330.29330.23285.30285.28/nm7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)對(duì)于單原子氣體,這種狹窄吸收線的特點(diǎn)更為明顯.例如氦、氖等惰性氣體及鈉等堿金屬蒸氣的吸收光譜。對(duì)于固體和液體,它們對(duì)光吸收的特點(diǎn)主要是具有很寬的吸收帶。固體材料的吸收系數(shù)主要是隨入射光波長(zhǎng)變化,其它因素的影響較小。7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)激光工作物質(zhì)YAG的吸收光譜/nm1.000.660.500.400.330.280.25對(duì)一種材料吸收光譜的測(cè)量,是了解該材料特性的重要手段。例如,地球大氣對(duì)可見光、紫外光是透明的,但對(duì)紅外光的某些波段有吸收。透明的波段稱為“大氣窗口”,充分地研究大氣的光學(xué)性質(zhì)與“窗口”的關(guān)系,有助于紅外導(dǎo)航、跟蹤等工作的進(jìn)行。7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧ0204060801000.720.941.131.381.902.74.36.015.0/m透過(guò)率/%如圖所示,波段從1m到15m有七個(gè)“窗口”。7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)較強(qiáng)的水汽吸收帶位于:
0.71~0.735m,0.81~0.84m,0.89~0.99m,1.07~1.20m,1.3~1.5m,1.7~2.0m,2.4~3.3m,4.8~8.0m。7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)二氧化碳吸收帶位于:13.5~17m。
臭氧吸收帶位于:9.5m附近。由于太陽(yáng)四周大氣中的不同元素吸收不同波長(zhǎng)的輻射,因而在連續(xù)光譜的背景上呈現(xiàn)出一條條黑的吸收線,如圖所示。ABCDEFGH400500600700夫朗和費(fèi)首先發(fā)現(xiàn),并以字母標(biāo)志了主要的吸收線。7.2.2
吸收光譜(Absorptionspectrum)符號(hào)波長(zhǎng)/nm吸收元素符號(hào)波長(zhǎng)/nm吸收元素ABCD1D2D3E3759.4~762.1636.8~688.4656.282589.592588.995587.552526.954OOHNaNa
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