第五章光的吸收色散和散射

本章授課內(nèi)容及學(xué)時安排本章共6學(xué)時光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論（2學(xué)時）光的吸收（1學(xué)時）光的色散（1學(xué)時）光的散射（2學(xué)時）1當(dāng)前第1頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)第八章光的吸收、色散和散射光在介質(zhì)中的傳播過程，就是光與介質(zhì)相互作用的過程。光在介質(zhì)中的吸收、色散和散射現(xiàn)象，實(shí)際上就是光與介質(zhì)相互作用的結(jié)果。這些現(xiàn)象是光在介質(zhì)中傳播時所發(fā)生的普遍現(xiàn)象，并且它們是在一定程度上相互聯(lián)系的。前言嚴(yán)格地講，光與物質(zhì)的相互作用應(yīng)當(dāng)用量子理論去解釋，但是如果將其看成組成物質(zhì)的原子或分子受到光波電磁場的作用，所得出的結(jié)論仍然是非常重要和有意義的。2當(dāng)前第2頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論麥克斯韋電磁理論最重要的成就之一：將電磁現(xiàn)象與光現(xiàn)象聯(lián)系起來，正確解釋了光的干涉、衍射以及法拉第效應(yīng)和克爾效應(yīng)等光與介質(zhì)相互作用的一些重要現(xiàn)象。引言麥克斯韋電磁理論在說明光的傳播現(xiàn)象時，對介質(zhì)的本性作了過于粗略的假設(shè)，即把介質(zhì)看成是連續(xù)的結(jié)構(gòu)，得出了介質(zhì)中光速不隨光波頻率變化的錯誤結(jié)論，在解釋光的色散現(xiàn)象時遇到了困難。光與物質(zhì)相互作用的嚴(yán)格理論-----量子理論。定性或半定量解釋-----經(jīng)典的電偶極輻射模型。3當(dāng)前第3頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.1經(jīng)典理論的基本方程洛倫茲的電子論假設(shè)：組成介質(zhì)的原子或分子內(nèi)的帶電粒子（電子、離子）被準(zhǔn)彈性力保持在它們的平衡位置附近，并且具有一定的固有振動頻率。在入射光的作用下，介質(zhì)中的帶電粒子發(fā)生極化，并按入射光頻率作強(qiáng)迫振動，形成振動偶極子，發(fā)出與入射光同頻率的次波。4當(dāng)前第4頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.1經(jīng)典理論的基本方程由于帶正電荷的原子核比電子大得多，可視原子核不動，而負(fù)電荷相對于正電荷中心作振動，正、負(fù)電荷電量的絕對值相同，構(gòu)成一個電偶極子，其電偶極矩為：電荷電量。：從負(fù)電荷中心指向正電荷中心的矢徑。5當(dāng)前第5頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.1經(jīng)典理論的基本方程為簡單起見，假設(shè)在研究的均勻介質(zhì)中只有一種分子，并且不考慮分子間相互作用，每個分子內(nèi)只有一個電子作強(qiáng)迫振動，所構(gòu)成的電偶極矩為：電子電量。：電子在光波場作用下離開平衡位置的距離。如果單位體積中有個分子，則單位體積內(nèi)的平均電偶極矩（極化強(qiáng)度）為6當(dāng)前第6頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.1經(jīng)典理論的基本方程作強(qiáng)迫振動的電子的運(yùn)動方程為：彈性系數(shù)。：阻尼系數(shù)。入射光電場的強(qiáng)迫力準(zhǔn)彈性力阻尼力：入射光場。7當(dāng)前第7頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.1經(jīng)典理論的基本方程引入衰減系數(shù)和電子的固有振動頻率，電子的強(qiáng)迫振動運(yùn)動方程變?yōu)樗p系數(shù)：電子的固有振動頻率：描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程。8當(dāng)前第8頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率入射光場的表達(dá)式則電子離開平衡位置的距離具有表達(dá)式得到將上述兩式代入電子運(yùn)動方程整理后得到9當(dāng)前第9頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率則極化強(qiáng)度為由電磁場理論，極化強(qiáng)度與電場的關(guān)系為對比兩式得到電極化率：10當(dāng)前第10頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率電極化率為復(fù)數(shù)，可表示為電極化率的實(shí)部：電極化率的虛部：介質(zhì)無吸收時，為實(shí)數(shù)11當(dāng)前第11頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率折射率也為復(fù)數(shù)，稱為復(fù)折射率，表示為上兩式表明與是相互關(guān)聯(lián)（K-K關(guān)系）的，且都是光頻率的函數(shù)。12當(dāng)前第12頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率為了說明復(fù)折射率實(shí)部和虛部的意義，考察在介質(zhì)中沿z方向傳播的光電場復(fù)振幅表達(dá)式：光在真空中的波數(shù)。振幅隨傳播距離z按指數(shù)規(guī)律衰減的平面電磁波。光強(qiáng)度13當(dāng)前第13頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率復(fù)折射率描述了介質(zhì)對光波傳播特性（振幅和相位）的作用。復(fù)折射率的實(shí)部是表征介質(zhì)影響光傳播的相位特性的量，即通常所說的折射率，由于隨頻率（或波長）而變，從而造成了色散。復(fù)折射率的虛部表征了光在介質(zhì)中傳播時振幅（或光強(qiáng)）衰減的快慢，通常稱為消光系數(shù)（或消光因子）。14當(dāng)前第14頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率當(dāng)束縛電子的偶極振蕩受到阻尼時，必將導(dǎo)致極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度之間存在相位差，因而介質(zhì)體內(nèi)必有極化熱耗散，這便使光波能流衰減而轉(zhuǎn)化為原子體系的熱能。15當(dāng)前第15頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率在弱極化情況下（例如：稀薄氣體），有，則復(fù)折射率實(shí)部：復(fù)折射率虛部：16當(dāng)前第16頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率曲線為光吸收曲線，在附近有強(qiáng)烈的吸收（共振吸收）。曲線為色散曲線，在附近區(qū)域?yàn)榉闯Ｉ^(qū)，而在遠(yuǎn)離的區(qū)域?yàn)檎Ｉ^(qū)。色散與吸收之間有密切的聯(lián)系。17當(dāng)前第17頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.1.2介質(zhì)的復(fù)折射率更普遍的模型應(yīng)是認(rèn)為有多種振子全波段的色散曲線18當(dāng)前第18頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2光的吸收光在介質(zhì)中傳播時，部分光能被吸收而轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的內(nèi)能，使光的強(qiáng)度隨傳播距離（穿透深度）增長而衰減的現(xiàn)象稱為光的吸收。引言光纖通信中希望光纖對光的吸收越小越好，這樣光信號的傳輸距離可以延長。光源泵浦激光物質(zhì)時，希望吸收越大越好；光電探測器也希望盡可能多地吸收入射光。19當(dāng)前第19頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.1光吸收定律1.朗伯（Lambert）定律朗伯總結(jié)了大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果后指出，光強(qiáng)的減弱正比于和的乘積，即是一個與光波波長和介質(zhì)有關(guān)的比例因子，稱為介質(zhì)對單色光的吸收系數(shù)。20當(dāng)前第20頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.1光吸收定律輸入光強(qiáng)為，即當(dāng)時，，可積分得到介質(zhì)內(nèi)處的光強(qiáng)為----朗伯定律當(dāng)時，光強(qiáng)減少為原來的。吸收系數(shù)與消光系數(shù)的關(guān)系：21當(dāng)前第21頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.1光吸收定律不同介質(zhì)的吸收系數(shù)差異很大，例如，對于可見光波段，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣的，玻璃的，金屬的。介質(zhì)的吸收性能與波長有關(guān)，即是波長的函數(shù)。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，只能是對某些波長范圍內(nèi)的光透明，對另一些波長范圍內(nèi)的光不透明。22當(dāng)前第22頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.1光吸收定律如果與光強(qiáng)無關(guān)，則該吸收過程稱為線性吸收。在強(qiáng)光作用下，某些物質(zhì)的吸收系數(shù)變成與光強(qiáng)有關(guān)，這時的吸收過程稱為非線性吸收。對于非線性吸收，朗伯定律不再成立。從能量的角度來看，吸收是光能轉(zhuǎn)變?yōu)榻橘|(zhì)內(nèi)能的過程。23當(dāng)前第23頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.1光吸收定律2.比爾（Beer）定律1852年，比爾用實(shí)驗(yàn)證明，對于氣體或溶解于不吸收光的溶劑中的物質(zhì)，吸收系數(shù)正比于單位體積中的吸收分子數(shù)，即正比于吸收物質(zhì)的濃度，是與濃度無關(guān)的常數(shù)，它只取決于吸收物質(zhì)的分子特性。比爾定律（只適用于低濃度溶液）24當(dāng)前第24頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.2一般吸收與選擇吸收如果某種介質(zhì)對某一波段的光吸收很少，并且吸收隨波長變化不大，這種吸收稱為一般吸收。如果介質(zhì)對光具有強(qiáng)烈的吸收，并且吸收隨波長有顯著變化，這種吸收稱為選擇吸收。附近為選擇吸收帶遠(yuǎn)離區(qū)域?yàn)橐话阄?5當(dāng)前第25頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.2一般吸收與選擇吸收大氣窗口26當(dāng)前第26頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.2一般吸收與選擇吸收我們之所以能看到五彩繽紛的世界，主要應(yīng)歸因于不同材料的選擇吸收性能。例如，綠色的玻璃是由于它對綠光吸收很少，對其他光幾乎全部吸收，所以當(dāng)白光照射在綠玻璃上時，只有綠光透過，呈現(xiàn)出綠色。某些物質(zhì)對特定波長的入射光有強(qiáng)烈的吸收，相當(dāng)于一個帶阻濾波器；在特殊條件下，也可以呈現(xiàn)為只對某些特定波長有很小的吸收系數(shù)，相當(dāng)于帶通濾波器；利用原子（或分子）的共振吸收特性來實(shí)現(xiàn)光頻濾波的器件叫做原子濾波器。27當(dāng)前第27頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.3吸收光譜讓具有連續(xù)譜的光通過吸收物質(zhì)后再經(jīng)光譜儀展成光譜時，就得該物質(zhì)的吸收光譜。吸收光譜的表現(xiàn)形式是在入射光的連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線或暗帶，前者稱為線狀譜，后者稱為帶狀譜。吸收光譜和發(fā)射光譜具有對應(yīng)關(guān)系，物質(zhì)的輻射和吸收實(shí)際上是同時存在的，不過在不同條件下其相對強(qiáng)弱有所不同。28當(dāng)前第28頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.3吸收光譜每一種原子都有自己獨(dú)有的能級結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地也具有自己特有的吸收譜線，稱為該元素的特征譜線或標(biāo)示譜線。利用特征譜線可以根據(jù)物質(zhì)的光譜來檢測它含有何種元素，這種方法稱為光譜分析方法。光譜分析是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種重要手段。太陽發(fā)射連續(xù)光譜，但在其連續(xù)光譜的背景上呈現(xiàn)出許多暗線，這是其周圍溫度較低的原子對炙熱的太陽內(nèi)核發(fā)射的連續(xù)光譜進(jìn)行選擇吸收的結(jié)果。29當(dāng)前第29頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.3吸收光譜30當(dāng)前第30頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.4雙/多光子吸收與場致吸收1.雙/多光子吸收雙/多光子吸收：在強(qiáng)光的作用下，組成物質(zhì)的原子或分子同時吸收兩個或多個光子，完成一次躍遷。這是一種非線性吸收。雙光子吸收發(fā)生時，總的吸收系數(shù)為：線性吸收系數(shù)：雙光子吸收系數(shù)31當(dāng)前第31頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.2.4雙/多光子吸收與場致吸收2.場致吸收Franz-Keldysh發(fā)現(xiàn)：在電場作用下，某些物質(zhì)（如GaAs）的吸收邊向長波長偏移，這種現(xiàn)象稱為場致吸收，也稱為Franz-Keldysh效應(yīng)。GaAs吸收邊的Frank-Keldysh偏移：曲線A：無電場曲線B：有電場32當(dāng)前第32頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3光的色散介質(zhì)的折射率（或光速）隨光的頻率或波長而變化的現(xiàn)象稱為色散。引言光的色散可用介質(zhì)折射率隨波長變化的函數(shù)來描述，反映這一函數(shù)關(guān)系的曲線稱為介質(zhì)的色散曲線。實(shí)際上，折射率隨波長的變化關(guān)系比較復(fù)雜，而且這種變化關(guān)系因材料而異，一般通過實(shí)驗(yàn)測定。33當(dāng)前第33頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3光的色散觀察色散的牛頓正交棱鏡實(shí)驗(yàn)裝置色散曲線測量方法：將待測材料做成三棱鏡，放在分光計(jì)中，分別對不同波長的單色光測量其相應(yīng)的最小偏向角，從而計(jì)算出折射率，得到色散曲線。34當(dāng)前第34頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3光的色散為了表征介質(zhì)色散的程度，引入色散率的概念。色散率的定義：介質(zhì)折射率在波長附近隨波長的變化率，在數(shù)值上等于介質(zhì)對于附近單位波長差的兩單色光的折射率之差。實(shí)際中，選用光學(xué)材料應(yīng)特別注意其色散的大小。用作分光元件的三棱鏡應(yīng)采用色散大的材料。用來改變光路方向的三棱鏡需采用色散小的材料。35當(dāng)前第35頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散通常情況下，介質(zhì)的折射率是隨波長的增加而減小的，即色散率，這種色散稱為正常色散。1.正常色散所有不帶顏色的透明介質(zhì)，在可見光區(qū)域內(nèi)都表現(xiàn)為正常色散。36當(dāng)前第36頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散描述介質(zhì)正常色散的經(jīng)驗(yàn)公式----柯西公式：真空中的波長：由介質(zhì)性質(zhì)所決定的常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測定對于不同的材料，常數(shù)、、一般是不同的。同一種材料可能存在若干個正常色散區(qū)，因此，同一種材料的不同正常色散區(qū)，常數(shù)、、也不相同。37當(dāng)前第37頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散柯西公式的解釋阻尼系數(shù)較小遠(yuǎn)離固有振動頻率38當(dāng)前第38頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散由于，進(jìn)行泰勒級數(shù)展開得到39當(dāng)前第39頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散當(dāng)波長間隔不太大時，可只取柯西公式前兩項(xiàng)，即色散率為由于、都是與入射光波長無關(guān)的常數(shù)，所以當(dāng)增加時，折射率和色散率大小都減小。40當(dāng)前第40頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散介質(zhì)的折射率是隨波長的增加而增加的，即色散率，這種色散稱為反常色散。2.反常色散41當(dāng)前第41頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.1正常色散與反常色散反常色散區(qū)和選擇吸收區(qū)的對應(yīng)關(guān)系反常色散并不“反?！?，它是介質(zhì)的一種普遍現(xiàn)象，反常色散區(qū)常為光的選擇吸收區(qū)。42當(dāng)前第42頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.3.2光孤子孤子（Soliton）：速度不變、形貌不變的孤立波。光孤子（OpticalSoliton）：狹義上講，指形狀和寬度保持不變的光脈沖（實(shí)際上還包括暗孤子）。在光通信系統(tǒng)中，孤子通常是一個非常窄、有很高強(qiáng)度的光脈沖，它通過保持色散與非線性效應(yīng)的平衡而不改變其本身形狀和寬度。應(yīng)用：光孤子通信43當(dāng)前第43頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4光的散射定向傳播的光束在通過光學(xué)性質(zhì)不均勻的介質(zhì)時，偏離原來的方向，向四周散開的現(xiàn)象稱為光的散射。這些偏離原傳播方向的光稱為散射光。引言光學(xué)性質(zhì)不均勻：可能由于均勻物質(zhì)中散布著折射率與它不同的其他物質(zhì)的大量微粒；也可能由于物質(zhì)本身組成成分的不規(guī)則聚集（如密度漲落）。44當(dāng)前第44頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4光的散射光通過介質(zhì)時，使透射光強(qiáng)減弱的因素:實(shí)際測量很難區(qū)分吸收和散射對透射光強(qiáng)的影響。吸收----光能轉(zhuǎn)化為熱能。散射----光能量的空間分布改變。：吸收系數(shù)：散射系數(shù)45當(dāng)前第45頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4光的散射散射光的產(chǎn)生可按經(jīng)典的次波疊加觀點(diǎn)進(jìn)行解釋：在入射光作用下，介質(zhì)分子（原子）或其中的雜質(zhì)微粒極化后輻射次波；對完全純凈均勻的介質(zhì)，各次波源間有一定的相位關(guān)系，相干疊加的結(jié)果使得只在原入射光方向發(fā)生干涉相長，其他方向均干涉相消，光線按幾何光學(xué)所確定的方向傳播；介質(zhì)不均勻時，各次波的相位無規(guī)則性，使得次波非相干疊加，各個方向均有光強(qiáng)分布，形成散射。46當(dāng)前第46頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4光的散射光散射就是一種電磁輻射，是在很小范圍內(nèi)的不均勻性引起的衍射，且在立體角內(nèi)都能檢測到。光的散射是復(fù)雜的物理現(xiàn)象，相關(guān)的因素包括：散射粒子的線度散射粒子的種類散射粒子的外形散射粒子的密度散射粒子的分布47當(dāng)前第47頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4光的散射根據(jù)介質(zhì)的均勻性，光與介質(zhì)之間作用有以下三種情況：若介質(zhì)是均勻的，且不考慮其熱起伏，光通過介質(zhì)后，不發(fā)生任何變化（理想情況，實(shí)際不存在）；若介質(zhì)不很均勻（但是起伏不隨時間變化），光波與其作用后被散射到其他方向，散射光頻率與入射光頻率一致，稱為彈性散射。若介質(zhì)中的不均勻隨時間變化，光波與這些起伏交換能量，散射光相對于入射光有頻移，稱為非彈性散射。48當(dāng)前第48頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射散射光的特性（包括散射光的強(qiáng)度、偏振與光譜成分）反映了散射介質(zhì)的性質(zhì)。散射光取決于散射單元的尺度----決定了單位衍射因子或散射因子散射單元之間的平均距離----決定了這些單元散射波的疊加是相干疊加還是非相干疊加，或是部分相干疊加。按照光學(xué)不均勻性尺度的大小，彈性散射可分為瑞利散射和米氏散射。49當(dāng)前第49頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射瑞利的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1871年）1.瑞利散射（Rayleighscattering）正側(cè)向（x方向）散射光：青藍(lán)色----短波成分居多。實(shí)驗(yàn)：平行自然白光入射于“混濁介質(zhì)”（清水中加幾滴牛乳）平行向（z方向）透射光：偏紅色----長波成分居多。50當(dāng)前第50頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射散射粒子的直徑在以下，遠(yuǎn)小于光波波長的散射稱為瑞利散射，又稱為分子散射。散射光強(qiáng)度與入射光波長的關(guān)系（瑞利散射定律）：某一觀察方向上（與入射光方向成角）的散射光強(qiáng)度：散射角紫光散射光強(qiáng)度約為紅光散射光強(qiáng)度的10倍！51當(dāng)前第51頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射請解釋如下自然現(xiàn)象：為什么地球上的天空呈現(xiàn)光亮，而大氣層外的天空一片漆黑？晴朗的天空為什么呈現(xiàn)蔚藍(lán)色？為什么正午的太陽基本上呈白色，而旭日和夕陽卻呈紅色？52當(dāng)前第52頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射散射光強(qiáng)度隨散射方向的變化規(guī)律：垂直于入射光方向上的散射光強(qiáng)自然光入射時53當(dāng)前第53頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射散射光的偏振特性當(dāng)自然光入射時，散射光一般為部分偏振光；但在垂直于入射光方向上的散射光為線偏振光；入射光方向或逆入射光方向的散射光仍是自然光。54當(dāng)前第54頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射瑞利散射光強(qiáng)度和偏振特性分布的解釋：根據(jù)經(jīng)典電磁理論，光散射的基本過程如下：當(dāng)分子（原子）的線度比入射光波長小很多時，在入射光電矢量的作用下，分子（原子）中的電子以入射光頻率作受迫振動，并從入射光波吸收能量，同時輻射出電磁輻射，這種輻射就是散射光，其頻率或波長與入射光的相同。瑞利散射光強(qiáng)度和偏振特性分布起因于散射光是橫電磁波。55當(dāng)前第55頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射假設(shè)線偏振光（x向振動）沿z軸正向入射，使分子沿x向極化，極化強(qiáng)度，振動的極化分子發(fā)射的輻射就是散射光，根據(jù)電磁理論，時變電偶極子的輻射強(qiáng)度：：觀察點(diǎn)到分子（原子）的距離：散射光方向與入射光方向z軸的夾角56當(dāng)前第56頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射沿z軸正向入射的自然光，57當(dāng)前第57頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射58當(dāng)前第58頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射沿z軸正向入射的自然光，散射光的偏振度線偏振光入射，各方向的散射光都是線偏振光59當(dāng)前第59頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射米氏散射又稱為大粒子散射，其散射微粒的直徑與入射光波波長接近甚至更大。2.米氏散射（Miescattering）米氏以球形粒子為模型，計(jì)算了平面電磁波的散射過程。60當(dāng)前第60頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射米氏散射的特點(diǎn)：散射光強(qiáng)和偏振特性隨散射粒子的尺寸變化。散射光強(qiáng)隨波長的變化規(guī)律是與波長的較低冪次成反比其中，的具體數(shù)值取決于散射微粒的尺寸。散射光的偏振度隨的增加而減?。樯⑸淞Ｗ拥闹睆剑?1當(dāng)前第61頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射米氏散射無明顯的色效應(yīng)，可以定性地作如下理解：介質(zhì)中的球粒構(gòu)成了一個邊界，等效于一個衍射屏，衍射理論表明，長波的衍射效應(yīng)比短波強(qiáng)；而介質(zhì)中分子的偶極子輻射模型表明，短波的散射效應(yīng)比長波強(qiáng)；對于尺度較大的微粒，上述兩種相反的色效應(yīng)共存，彼此互補(bǔ)，從而導(dǎo)致米氏效應(yīng)無明顯的色效應(yīng)。62當(dāng)前第62頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.1線性散射散射光強(qiáng)度的角分布也隨而變，前向散射強(qiáng)，后向散射弱。利用米氏散射解釋以下自然現(xiàn)象：藍(lán)天中漂浮的白云。霧呈白色。63當(dāng)前第63頁\共有70頁\編于星期五\9點(diǎn)8.4.2非線性散射1923年，斯梅卡爾指出，在光的散射過程中，如果分子的狀態(tài)也發(fā)生了改變（隨時間發(fā)生變化），