光学常数色散 精.ppt

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1、光学常数色散 第1页，本讲稿共21页由于由于则则比耳定律比耳定律吸收系吸收系数数吸收系数与消光系数的关系：吸收系数与消光系数的关系：第2页，本讲稿共21页比耳定律在定量分析中的应用：比耳定律在定量分析中的应用：I0IxI0-dIxSIdr假定介质的截面为S。厚度为dr的质层，吸收光的强度为dIx，入射光强度为I0、出射光为I，则 第3页，本讲稿共21页两边取积分：两边取积分：由此可得：由此可得：第4页，本讲稿共21页1.1.3 极化率极化率 如果我们在两块平行的导体板加上电压如果我们在两块平行的导体板加上电压V，则两块导体板会产，则两块导体板会产生反号等量的电荷生反号等量的电荷Q:此时，Q=C

2、V，这就是我们非常熟悉的电容 当以电压V使上述平板电容器的电极中的电荷增加dQ时，外界就要对其作功dW=VdQ，因为E=V/l，因此单位体积内电场能量的增加值为 电位移电位移第5页，本讲稿共21页+-+-E正负电荷正负电荷中心位移中心位移=00+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+q-qlP=ql电偶极矩第6页，本讲稿共21页由具有电偶极矩的粒子组成的宏观物质称为极性物质，在极性物质中取一个宏观无限小的体积V=dxdydz，将其中所有粒子的电偶极矩作矢量和 则称单位体积的电偶极则称单位体积的电偶极矩（极化强度）矩（极化强度）P：带电粒子在外场的作用下发生移动，而产生电流，则电流密度J可表示

3、为:其中其中:u为电荷移动速度为电荷移动速度:第7页，本讲稿共21页各光学常之间的关系各光学常之间的关系:n、k、a等，它们都是表示光与物质相互作用的量，反映出物质的光学特性，但它们并不是相互独立的，而是具有一定的联系。其中，k、r、i、i是直接反映介质对光的吸收能力的量，它们的数值越大，说明吸引越强。第8页，本讲稿共21页1.2.1 洛伦兹色散理论洛伦兹色散理论1.2 光学常数的色散关系光学常数的色散关系 洛伦兹（洛伦兹（Lorentz）色散理论是研究物质光学常数色散关系的基本理论，它是）色散理论是研究物质光学常数色散关系的基本理论，它是基于阻尼谐振子近似的力学理论。下面我们利用由弹簧连接起

4、来的小球作为模型来基于阻尼谐振子近似的力学理论。下面我们利用由弹簧连接起来的小球作为模型来解释解释:当小球没有外力作用时处于平衡的位置上，如果我们给小球施加一个大小为f的作用力，则小球会在外力的作用下产生位移x，此时小球会受到弹簧的弹力f1，小球在运动过程中受到的阻力f2 第9页，本讲稿共21页则小球所受的合力则小球所受的合力F为为:其中：其中：场的作用力场的作用力 弹簧的弹力弹簧的弹力 阻尼力阻尼力 代入上式得：代入上式得：第10页，本讲稿共21页谐振子在光波作用下的位移谐振子在光波作用下的位移x()设单位体积中的有效谐振子数为设单位体积中的有效谐振子数为N（有效谐振子数密度）：（有效谐振子

5、数密度）：第11页，本讲稿共21页光学常数的色散关系：光学常数的色散关系：洛伦兹色散理论洛伦兹色散理论 其中：其中：为等离子体频率。为等离子体频率。第12页，本讲稿共21页01-4-40Pr0inkTART第13页，本讲稿共21页（1）当）当0时，低频透明区（时，低频透明区（T）在这一区域内，表征吸收的光学参量k、r、i、i都随着频率减少而趋近于0，折射率从静态的n(0)随频率的增加而增大（为正常色散），固体在该频率范围内是透明的。第14页，本讲稿共21页（2）当）当0时，共振吸收区（时，共振吸收区（A）在这一频域内，代表吸收的光学参量k、r、i、i达到极大值，表明固体在该频域内对光的吸收最强

6、，为共振吸收区。在该区域内，折射率由正常色散到反常色散进行过渡。第15页，本讲稿共21页（2）当）当00时，高频透明区（时，高频透明区（T）这与低频区相似，表征吸收的光学参量k、r、i、i都随着频率增加而趋近于0，折射率从静态的n(0)随频率的增加而增大（为正常色散），固体在该频率范围内是透明的。第17页，本讲稿共21页1.2.2 德鲁德（德鲁德（Drude）色散理论）色散理论 德鲁德（Drude）色散理论实际上是洛伦兹（Lorentz）色散理论的一个特例，对于金属介质，电子不受任何的束缚力，可在金属原子间进行自由游荡，此时图2-3中的小球（自由电子）不再受弹簧的影响，即弹簧已不存在。因此小球的共振频率0=0 0=00=0第18页，本讲稿共21页1.2.2等离子体色散关系等离子体色散关系地球上常见的物质有地球上常见的物质有3种熟悉的状态：种熟悉的状态：固态固态 液态液态 气态气态温度温度T逐渐升高逐渐升高如果温度继续升到如果温度继续升到20000度以上，则分子将度以上，则分子将变为离子体。变为离子体。如：水分子 2H+、O2-不但不但0=0，且阻尼系数，且阻尼系数=0 第19页，本讲稿共21页=0 0=0第20页，本讲稿共21页Thank you!第21页，本讲稿共21页