光的吸收课件

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1、光的吸收课件7.2 光的吸收光的吸收 (Absorption of light)所谓光的吸收，就是指光波通过介质后，光强度减弱所谓光的吸收，就是指光波通过介质后，光强度减弱的现象。由上节的讨论可知，光的吸收可以通过介质的现象。由上节的讨论可知，光的吸收可以通过介质的的消光系数消光系数 描述描述。/00.997 0.998 0.999 1.000 1.0011.002 1.0030.050.100.9751.0001.025n2光的吸收课件光吸收是介质的普遍性质，除了真空，没有一种介质光吸收是介质的普遍性质，除了真空，没有一种介质能对能对任何波长的光波都是完全透明的任何波长的光波都是完全透明的，

2、只能是对某些，只能是对某些波长范围内的光透明，对另一些范围的光不透明。波长范围内的光透明，对另一些范围的光不透明。所谓透明，所谓透明，并非没有吸收，只是吸收较少并非没有吸收，只是吸收较少。所以确。所以确切地说切地说,石英对可见光吸收很少，而对石英对可见光吸收很少，而对(3.55.0)m 的红外光有强烈的吸收。的红外光有强烈的吸收。7.2 光的吸收光的吸收 (Absorption of light)光的吸收课件 7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)光在均匀介质中传播，经过薄层光在均匀介质中传播，经过薄层 dl 后，由于介质的后，由于介质的吸收，光强

3、从吸收，光强从 I 减少到减少到 (I-dI)。朗伯朗伯总结了大量的总结了大量的实验结果指出实验结果指出,dI/I 应与吸收层厚度应与吸收层厚度 dl 成正比成正比,即有即有d (16)IKdlI K 为吸收系数为吸收系数,负号表示负号表示光强减少。光强减少。ldlII0光的吸收课件0 (17)KlII eI0 是是 l0 处的光强，这个关系式就是著名的处的光强，这个关系式就是著名的朗伯定朗伯定律或吸收定律律或吸收定律。实验证明，这个定律是。实验证明，这个定律是相当精确的相当精确的,并且也符合金属介质的吸收规律。并且也符合金属介质的吸收规律。求解上面求解上面微分方程微分方程可得：可得：7.2.

4、1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)光的吸收课件若引入若引入消光系数消光系数 描述光强的衰减，则吸收系数描述光强的衰减，则吸收系数 K 与消光系数与消光系数 有如下关系：有如下关系：4 (18)K 7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)由此，由此，朗伯定律朗伯定律可表示为可表示为40 (19)lII e光的吸收课件各种介质的吸收系数差别很大，对于可见光，各种介质的吸收系数差别很大，对于可见光，金属金属的的 K 106cm-1，玻璃玻璃的的 K 10-2cm-1，而一个大气，而一个大气压下压下空气空气的的 K

5、10-5cm-1。7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)600(100.00001)0 0.00001cm0.000045KlKlKlIII eeIlIeeI光的吸收课件吸收系数吸收系数 K 是波长的函数，根据是波长的函数，根据 K 随波长变化规随波长变化规律的不同，将吸收分为律的不同，将吸收分为一般性一般性吸收和吸收和选择性选择性吸收。吸收。7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)一般性吸收一般性吸收：在一定波长范围内：在一定波长范围内,若吸收系数若吸收系数 K 很很少，并且近似为常数。少，并且近似为常

6、数。选择性吸收选择性吸收：如果吸收较大：如果吸收较大,且随波长有显著变化。且随波长有显著变化。2222220022()Nem 光的吸收课件在在 曲线中，曲线中，在在0 附近是选择性吸收带附近是选择性吸收带，而，而远离远离0 区域为一般性吸收区域为一般性吸收。7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)/00.997 0.998 0.999 1.000 1.0011.002 1.0030.050.100.9751.0001.025n2光的吸收课件当白光射到红玻璃上时，只有红光能够透过，我们当白光射到红玻璃上时，只有红光能够透过，我们看到它呈看到它呈红色红色

7、。如果红玻璃用绿光照射，玻璃看起。如果红玻璃用绿光照射，玻璃看起来将是来将是黑色黑色。例如，在可见光范围内，一般的光学玻璃吸收都较例如，在可见光范围内，一般的光学玻璃吸收都较小，且不随波长变化，小，且不随波长变化，属一般性属一般性吸收，而有色玻璃吸收，而有色玻璃则具有则具有选择性选择性吸收。吸收。7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)光的吸收课件普通光学材料在可见光区都是相当透明的，它们对各普通光学材料在可见光区都是相当透明的，它们对各种波长的种波长的可见光都吸收很少可见光都吸收很少。但是在紫外和红外光区。但是在紫外和红外光区,它们则表现出不同的选

8、择性吸收。它们则表现出不同的选择性吸收。7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)在制造光学仪器时在制造光学仪器时,必须考虑光学材料的吸收特性。必须考虑光学材料的吸收特性。例如，紫外光谱仪中的棱镜、透镜需用例如，紫外光谱仪中的棱镜、透镜需用石英石英制作制作,而而红外光谱仪中的棱镜、透镜则需用红外光谱仪中的棱镜、透镜则需用萤石萤石等晶体制作。等晶体制作。光的吸收课件几种光学材料的几种光学材料的透光波段透光波段光学材料光学材料波长范围波长范围/nm光学材料光学材料波长范围波长范围/nm冕牌玻璃冕牌玻璃3502000萤石萤石(GaF2)1259500火石玻璃

9、火石玻璃3802500岩盐岩盐(NaCl)17514500石英玻璃石英玻璃1804000氯化钾氯化钾(KCl)18023000 7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)光的吸收课件溶液的溶液的吸收系数与浓度有关吸收系数与浓度有关,比尔比尔在在1852年指出年指出,溶液溶液的吸收系数的吸收系数 K 与其浓度与其浓度 c 成正比，成正比，Kc,此处的此处的 是与浓度无关的常数。是与浓度无关的常数。在溶液中的光强衰减规律为在溶液中的光强衰减规律为0 (20)clII e该式即为该式即为比尔定律比尔定律。7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorptio

10、n law of light)光的吸收课件应当指出，尽管朗伯定律总是成立，但比尔定律的应当指出，尽管朗伯定律总是成立，但比尔定律的成立却是有成立却是有条件的条件的：只有在物质分子的吸收本领不：只有在物质分子的吸收本领不受它周围邻近分子的影响时，比尔定律才正确。受它周围邻近分子的影响时，比尔定律才正确。OHHOHHOHH 7.2.1 光吸收定律光吸收定律 (Absorption law of light)当浓度很大，分子间的当浓度很大，分子间的相互作用相互作用不可忽略时不可忽略时,比尔定比尔定律不成立。律不成立。光的吸收课件7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)

11、介质的吸收系数及随光波长的变化关系曲线称为该介介质的吸收系数及随光波长的变化关系曲线称为该介质的质的吸收光谱吸收光谱。光源光源吸收物质吸收物质分光仪分光仪使一束连续光谱的光通过有选择性吸收的介质，再通使一束连续光谱的光通过有选择性吸收的介质，再通过分光仪，即可测出在某些波段上或某些波长上的光过分光仪，即可测出在某些波段上或某些波长上的光被吸收，被吸收，形成吸收光谱形成吸收光谱。光的吸收课件气体吸收光谱的气体吸收光谱的特点特点是：吸收光谱是清晰、狭窄的吸是：吸收光谱是清晰、狭窄的吸收线收线,吸收线的位置正好是该气体发射光谱线的位置。吸收线的位置正好是该气体发射光谱线的位置。598.59588.9

12、9330.29330.23285.30285.28/nm7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)对于对于单原子气体单原子气体,这种狭窄吸收线的特点更为明显这种狭窄吸收线的特点更为明显.例例如氦、氖等惰性气体及钠等碱金属蒸气的吸收光谱。如氦、氖等惰性气体及钠等碱金属蒸气的吸收光谱。光的吸收课件气体吸收的另一个主要特点是吸收和气体的气体吸收的另一个主要特点是吸收和气体的压力、压力、温度、密度温度、密度有关，一般是气体密度愈大，它对光的有关，一般是气体密度愈大，它对光的吸收愈严重。吸收愈严重。由于这种吸收带特征决定于组成气体的分子，它反由于这种吸收带特征决定于组成气体

13、的分子，它反映了分子的特性，所以可由吸收光谱研究映了分子的特性，所以可由吸收光谱研究气体分子气体分子的结构的结构。7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)光的吸收课件对于固体和液体，它们对光吸收的特点主要是具有对于固体和液体，它们对光吸收的特点主要是具有很宽的吸收带很宽的吸收带。固体材料的吸收系数主要是随入射。固体材料的吸收系数主要是随入射光波长变化，其它因素的影响较小。光波长变化，其它因素的影响较小。7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)激光工作物质激光工作物质YAG的吸收光谱的吸收光谱/nm1.00 0.660.50 0.4

14、0 0.330.28 0.25光的吸收课件对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的重重要手段要手段。例如。例如,地球大气对可见光、紫外光是透明的地球大气对可见光、紫外光是透明的,但对红外光的某些波段有吸收。但对红外光的某些波段有吸收。透明的波段称为透明的波段称为“大气窗口大气窗口”,充分地研究大气的光充分地研究大气的光学性质与学性质与“窗口窗口”的关系的关系,有助于有助于红外导航、跟踪红外导航、跟踪等等工作的进行。工作的进行。7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)光的吸收课件 0204060801000.720.

15、941.13 1.381.90 2.7 4.3 6.0 15.0/m透过率透过率/%如图所示，波段从如图所示，波段从 1m 到到 15m 有有七个七个“窗口窗口”。7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)光的吸收课件7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)地球周围是厚达约地球周围是厚达约 1000 公里公里的大气层。大气层由的大气层。大气层由氮、氧、二氧化碳、臭氧及其它稀有气体和水气、氮、氧、二氧化碳、臭氧及其它稀有气体和水气、尘埃组成。尘埃组成。光的吸收课件较强的较强的水汽吸收水汽吸收带位于带位于:0.71 0.735m,0.8

16、1 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 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)二氧化碳吸收二氧化碳吸收带位于带位于:13.5 17m。臭氧吸收带臭氧吸收带位于位于:9.5m 附近附近。光的吸收课件由于太阳四周大气中的不同元素吸收不同波长的辐由于太阳四周大气中的不同元素吸收不同波长的辐射射,因而在连续光谱的背景上呈现出因而在连续光谱的背景上呈现出一条条黑的吸收一条条黑的吸收线线,如图所示。如图所示。ABCDEFGH400500600700夫朗和费夫朗和费首先发现首先发现,

17、并以字母标志了主要的吸收线。并以字母标志了主要的吸收线。7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)光的吸收课件符号符号波长波长/nm吸收元素吸收元素符号符号波长波长/nm 吸收元素吸收元素ABCD1D2D3E3759.4762.1636.8688.4656.282589.592588.995587.552526.954OOHNaNaHeFeE1FGGHK518.362486.133430.791430.774466.273396.849393.368MgHFeCaCaCaCa7.2.2 吸收光谱吸收光谱 (Absorption spectrum)它们的波长及太阳大气中存在的相应吸收元素的关系如下：它们的波长及太阳大气中存在的相应吸收元素的关系如下：