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第五章 光的吸收、色散和散射

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光的吸收、色散和散射

光的吸收、色散和散射

棱镜P1和P2的棱边相互垂直，从S发出的白光经透镜L1变为平行光束，通过P1后 沿水平方向偏折，如果在光路中不放置棱镜P2，光束由P1经透镜L2后将在幕上 形成水平的彩色光带ab，插入棱镜P2时，各色光束还要向下偏折，但偏折程度 随波长而异，于是幕上显现倾斜的光带 a ′b′ ，如果制做棱镜P1和P2材料的色散规 律（即n与 λ 的依赖关系）不同，倾斜光带 a ′b′ 将是弯曲的，它的形状直观地反 映了两种材料色散性能的差异。 色散曲线——折射率n与波长 λ 的之间依赖关系曲线，称色散曲线。 凡在可见光范围内无色透明的物质，它们的色散曲线形式上很相似， 其间有许多的特点，如n随 λ 的增加而单调下降，且下降率在短波一端更大等 等。这种色散称为正常色散。 正常色散 1836年科希（A、L、Cauchy）给出一个正常色散的经验公式： n=A+B/ λ2 +C/ λ4 式中A、B、C是与物质无关的常数，其数值由实验数据确定。当 λ 变化范围不大
/software/net/wangke/jiaoan/chapter8.htm
5/10/2011
w
页码，2/14(W)
− dI =I dx
式中 α 是个与光强无关的比例系数，称为该物质的吸收系数。 为了求出光束穿过厚度为l的媒质后光强度的改变，将上式改写为
dI = −α dx I dI ∫ I =∫ I0 0 — α dx
∴ I= I 0
I l
两边取积分
e
−αl
式中 I 0 和I分别为X=0和X=L处的光强，L是媒质的厚度， α 的量纲是长度的倒 数。
α −1 的物理意义是光强因吸收而减到原来的 e − 1 ≈36%时所穿过媒质的厚度。
式I= I 0 e −αL 称为布格尔定律（P、Bouguer,1729年）此定律后来经朗伯作了详细 说明，故也称朗伯定律。 布格尔定律是光吸收的线性规律 适用范围：线性光学领域，光强I不能太强。 如果光强太强，如用激光，则光与物质的非线性相互作用过程显示出来了，在 非线性光学领域内，吸收系数 α 将和其它许多系数（如折射率）一样，依赖于 电、磁场或光的强度，布格尔定律不再成立。 实验证明： 当光被透明溶剂中溶解的物质所吸收时，吸收系数 α 与溶液的浓度C成正比

光的吸收、散射和色散基本概述

光的吸收、散射和色散基本概述
例1. 南北极探险用： “太阳罗盘”（利用阳光散射的偏振性） 辨别方向（因磁罗盘在南北极无用）.
例2. 蜜蜂靠天空光的偏振性辨别方向（蜜蜂的眼睛中有对偏振 敏感的器官）
2) 纯净气体或液体的散射（分子散射）
分子热运动，引起密度起伏，形成非均匀的小 “区 域” ，发出次波，造成非相干迭加。
米— 德拜，廷德尔散射 ( d >λ/20 ). 散射光强与λ无关 白光散射,也可以为是衍射的结果. 例: 白云、雾、白烟.
偏振度： P I y - I x Iy + Ix
通常又用退偏度计算
1-P
五、散射光的强度
光沿x轴传播，在xoz平面观察: I y I0
o
y
x
q
z
q a IzI0si2nI0co 2 s 余弦定律
a IIy+IzI0(1+co 2 )s
Iy Iz ∴ I 是部分偏振光.
y
q
z
ax
c
当 a2时IIyI0 为线偏振光.
直线传播 机理：介质中的电子在光波电磁场作用下作受迫振动,消耗能量,
发射次波，由于介质的小范围的不均匀性.
r r(r)产生衍射（即散射）.
三、瑞利散射
分子散射的理论首先是由瑞利提出来的，瑞利认为由 于分子的热运动破坏了分子间固定的位置关系，使分 子所发出的次波不再相干，因而产生了旁向散射光。 是分子所发的次波，到达观察点没有固定的相位关系， 是不相干叠加。
I
I0e-AAc
la
- 与浓度无关的常数
.
a - 吸收系数. a
C - 溶液的浓度.
A - 与浓度无关的常数 .
a - 稀溶液 :a C
a
a

光的吸收、色散和散射_图文

光的吸收、色散和散射_图文
一连续光谱的光通过有选择性吸收的介质，然后通过分光仪得到的光谱 就是吸收光谱 与 K(ω)-ω 线一致
§6.2 光的色散
光的色散（分光）现象
由折射定律可知：折射率n是随波长分布的：n（λ） 色散率：单位波长差所产生折射率差，是介质色散程度的度量
（6-21）
或
（6-22）
一、正常色散 折射率随波长增加而减小的色散 ---正常色散
电子离开平衡位置的距离 若单位体积内有N个原子，则单位体积内的平均电偶极矩
（6-2）
2、第二牛顿定律F=ma：受迫振动的电子的运动方程为
受迫力
阻尼力 准弹性力
光波电场强度
将电子振动的运动方程改写为
（6-5）
解方程得
---光与介质相互作用经典理论的基本方程
代入（6-2）式得
由 电极化率 是复数，可写为 并将（6-6）与（6-7）式对照可得
吸收带内为反常色散区 吸收带之间均为正常色散区
钠蒸气由底部向顶部扩散 管内蒸气密度由顶部向底部逐渐增加 这相当于一蒸气棱镜其厚度由上向下增加
分两部分：1）S1，L1，L2，S2 准直聚焦， S1在S2上成像 2）S2，L3，P，L4 分光系统
当管子未加热时，气体均匀 S1的白光成像于S2后， 在分光仪焦面上得一窄的水平光谱带
1、按电磁理论：每个次波的振幅与它频率的平方成正比，光强与振幅成正比 所以散射光强度与频率的四次方成正比
∝∝
∴短波长的光比长波长的光散射更多
解释大气现象： ①为什么天空呈光亮
③中午太阳呈白色
②天空为什么呈蓝色 ④旭日和夕阳呈红色
2、散射光强分布
∝
3、散射光是偏振光
二、米散射 理论尚不成熟，仅适用于导电粒子

光的吸收、散射和色散

光的吸收、散射和色散
光的吸收和散射
光的吸收 光波通过介质时，有一部分光能被吸收，转化为 其他形式的能量。 透明物质：能量损失小。 一般吸收：吸收很小，且在某一给定波段内几乎 是不变的。 选择吸收：吸收很多，且随波长而剧烈地变化。 例如石英对可见光吸收甚微，但是对3.5~5.0m 的红外光却强烈吸收。
ห้องสมุดไป่ตู้ 光的散射
１.光散射的原因 光波在透明介质中传播时，有部分光波偏离原来的传播 方向而向四面八方传播的现象叫光的散射。 ２.衍射与散射的区别：
衍射是由于个别的不均匀区域（如孔、缝或障碍物等） 所形成的，这些不均匀区域范围的大小一般可与波长相比拟。
散射则是由于大量排列不规则的非均匀的小“区域”的 集合形成的，这些非均匀小区域的线度一般比波长小。
一、散射问题的描述 散射截面：散射到方向单位立体角中的电磁波能流
S s ds Ss R 2 d
0
s
8 2 4 r0 ( ) 3 0

s
2 2 r0 3 ( 0 ) 2 2 4
2
1 d ( ) r02 (1 cos 2 ) 2
2 2 s r0 0.665 10 28 m 2 3
光的散射分类
一类：散射光的波长不发生变化，如瑞利散射，米氏散射； 另一类：散射光波长发生了变化，如拉曼散射，布里渊散射， 康普顿散射。 ① 非纯净介质中的光散射 如空气中的尘埃、烟雾、小水滴，还有乳浊液、胶体等。 散射规律：a）不变； b）I4（是瑞利散射）
②
纯净介质中的分子散射
由于纯净介质中分子的无规则热运动，使得分子 密度出现涨落发生的散射叫分子散射。 正午
解释现象：
•晴朗的天空是蓝的； •白昼的天空是亮的；
傍晚

第五章 光的吸收、色散和散射

第五章 光的吸收、色散和散射
1.双/多光子吸收
➢ 双/多光子吸收：在强光的作用下，组成物质的原子 或分子同时吸收两个或多个光子，完成一次跃迁。 这是一种非线性吸收。
➢ 双光子吸收发生时，总的吸收系数为 02I 0 ：线性吸收系数 2 ：双光子吸收系数
8.2.4 双/多光子吸收与场致吸收
2.场致吸收
➢ Franz-Keldysh发现：在电场作用下，某些物质（如 GaAs）的吸收边向长波长偏移，这种现象称为场致 吸收，也称为Franz-Keldysh效应。
8.2.1 光吸收定律
1.朗伯（Lambert）定律
➢ 朗伯总结了大量实验结果后指出，光强的减弱 d I 正 比于 I 和 d x 的乘积，即
dIaIdx
是a 一个与光波波长和介质有关的比例因子，称 为介质对单色光的吸收系数。
8.2.1 光吸收定律
➢ 输入光强为 I 0 ，即当 x 0 时，I I0 ，可积分得到介 质内 x 处的光强为
➢ 严格地讲，光与物质的相互作用应当用量子理论去 解释，但是如果将其看成组成物质的原子或分子受 到光波电磁场的作用，所得出的结论仍然是非常重 要和有意义的。
8.1 光与物质相互作用的经典理论
引言
➢ 麦克斯韦电磁理论最重要的成就之一：将电磁现象 与光现象联系起来，正确解释了光的干涉、衍射以 及法拉第效应和克尔效应等光与介质相互作用的一 些重要现象。
第八章 光的吸收、色散和散射（6学时）
办公地点：光电楼321室 E-mail:
本章授课内容及学时安排
➢ 本章共6学时 • 光与物质相互作用的经典理论（2学时） • 光的吸收（1学时） • 光的色散（1学时） • 光的散射（2学时）
第八章 光的吸收、色散和散射
前言
➢ 光在介质中的传播过程，就是光与介质相互作用的 过程。光在介质中的吸收、色散和散射现象，实际 上就是光与介质相互作用的结果。这些现象是光在 介质中传播时所发生的普遍现象，并且它们是在一 定程度上相互联系的。

光的吸收、色散和散射

光的吸收、色散和散射

光的吸收、色散和散射
波动及近 代光学
• 光的吸收
2.比尔定律
实验证明：当光被透明溶剂中溶解的
物质所吸收时， 与浓度 c 成正比。
a Ac A 是一个与浓度无关的常数。
（表征吸收物质的分子特性）
I I0e Acl
比尔定律
它适用于浓度不太大的情况。这是吸 收光谱分析的原理。
光的吸收、色散和散射
波动及近 代光学
dI Idx
l
即： dI a Idx
比例系数 a 与光强无关（对给定波长）
该物质的吸收系数
光的吸收、色散和散射
波动及近 代光学
• 光的吸收
若光通过厚度为 l 的媒质
dI I
adx
I dI
I I0
l
0 adx
I I0eal
朗伯定律（mbert，1729）
亦称为布格尔定律（P.Bouguer，1729）
对透明的，光进入物质，使带电粒子受迫振 动，一部分光能 振动能 分子碰撞 平均动
能。使分子热运动能量增加，即光能转化成 热能，光能减少 吸收。
光的吸收、色散和散射
波动及近 代光学
• 光的吸收
一 吸收的线性规律
1.朗伯定律
I0
dx
光通过 dx I I dI
实验表明，在相当广阔 的光强范围
x x dx x
• 光的吸收
3.说明
光吸收的线性规律（如上）：在光强不 太强时(Laser出现以前)相当精确，Laser发 明后，人们获得了光强比原来大几个乃至十 几个数量级的光源，光和物质的非线性作用 显示出来 非线性光学 。这时， 将与其 它许多系数 (如n )一样，与电、磁场或光强 有关，朗伯定律不再成立。

光的吸收、色散和散射 (The absorption, dispersion and scattering of light )


p er
(1)
e 是电子电荷，r 是电子离开平衡位置的距离。
1．经典理论的基本方程
如果单位体积中有 N 个分子，则单位体积中的平均
电偶极矩为
P Np Ner
(2)
1．经典理论的基本方程
根据牛顿定律，作强迫振动的电子的运动方程为
d2r dr m 2 eE fr g dt dt
出本教材的要求, 不予讨论。
光的吸收、色散和散射 (The absorption, dispersion and scattering of light )
麦克斯韦电磁理论的最重要成就之一就是将电磁现
象与光现象联系起来，利用这个理论正确地说明了
光在介质中传播时的许多重要性质。
1 光与介质相互作用的经典理论 (Classical theory of
1．经典理论的基本方程 在入射光的作用下，介质发生极化、带电粒子依入 射光频率作强迫振动。
1．经典理论的基本方程
由于带正电荷的原子核质量比电子大许多倍,可视正 电荷中心不动,而负电荷相对于正电荷作振动。正, 负电荷电量的绝对值相同，构成了一个电偶极子。
1．经典理论的基本方程
电偶极矩为
P qr
2．介质的光学特性
是复数，可表示为 ＝＋i，其实部和虚部分
别为
02 2 Ne2 0 m (02 2 )2 + 2 2
Ne 2 0 m (02 2 )2 + 2 2
(8)
(9)
02 2 Ne2 0 m (02 2 )2 + 2 2
因介质对光波的吸收, 会使光强度减弱;不同波长的 光在介质中传播速度不同, 并按不同的折射角散开， 会发生光的色散; 光在介质中传播时, 会产生散射。

ch5-12光的吸收、色散和散射


色散
1
0
0
介质的色散和吸收曲线
λ
反常色散反映了介质在选择吸收区及其附近的色散特征。如果介质在 某一光谱区出现反常色散，则一定表明介质在该波段具有强烈的选择 吸收特性。 而在正常色散的光谱区，介质则表现为一般吸收特性。
⑶ 一种介质的全部色散曲线
全部色散曲线：由各波段的正常色散曲线与反常色散曲线相间分布构成
=2 ，真空中波长；j=2 j，共振波长；bj=Nqj2fjj2/4c20m c/ c/ 2
对于具有单一固有频率的介质：
Ne2 1 n =1 + 2 ⎟ 2 ε 0 m 0 − ω ⎠ ω
2
2
b λ2 λ − λ20
(2) 由塞耳迈耶公式导出柯西公式
2
4
(3) 吸收的起因
经典的电偶极辐射模型：光波电场使介质中的带电粒子极化而作受迫
振动，一部分光能量转化为偶极振子的振动能量。若受迫振动的偶极 振子间不发生碰撞，则各自的振动能量将以次波（偶极辐射）的形式 发出，从而使总的光能量不受损失，即表现为介质透明而无吸收。若 受迫振动的偶极振子之间因发生碰撞，则有可能将部分振动能量转化 为振子的平动动能，因而次级辐射的光能量减少。
⑷ 色散现象的观察
① 正常色散的观察——牛顿的交叉棱镜法
L1 P1 P2 L2
B
S
白光光源
A B'
观察正常色散现象的交叉棱镜实验装置
(a)去掉棱镜P2时，观察平面上得到沿水平方向展开的连续光谱AB'。去掉 棱镜P1时，光谱只沿竖直方向展开。
(b)P1 和P2 材料性质相同时，展开的光谱带呈直线状，与水平面有一定夹
n =A +
λ (nm)

物理光学-第5章 光的吸收、色散和散射


§5-2 介质的吸收与色散
不过，一般吸收和选择吸收的区别是相对的、有条件的。任何物质，在 一个波段范围内表现为一般吸收，在另一个波段范围内就可能表现为选 择吸收，例如，普遍光学玻璃，对可见光吸收很弱，是为一般吸收；而 在紫外红外波段，则表现出强烈的吸收，亦即选择吸收。任一介质对光 的吸收都是由这样两种吸收组成的 。 描述光波通过介质时的衰减特性。） 。）之间有如 吸收系数和消光系数 η（描述光波通过介质时的衰减特性。）之间有如 下的关系 复折射率：复折射率的实部就是通常所说的折射率， 复折射率：复折射率的实部就是通常所说的折射率，其虚部则是描述线 性吸收的参量。 性吸收的参量。
v=
dn dλ
在实际工作中，选用光学材料时应注意其色散的大小，例如，同样是 一块三棱镜，若是用作分光元件，则采取色散大的材料（火石玻璃）； 若是用来改变光路的方向，如光学仪器中的转像棱镜等，则需用色散 小的材料（冕玻璃等）。
§5-2 介质的吸收与色散
实际上由于随变化的关系较复杂，无法用一个简单的函数表示出来，而 且这种变化关系随材料而异。因此一般都是通过实验测定随变化的关系， 并作成曲线，这种曲线就是色散曲线。 色散曲线的波长缩短时，折射率增大；且波长愈短，折射率增加的幅度 也愈大。这种波长变小，折射率变大的色散一般称之为正常色散。 除色散曲线外，还可利用经验公式求出不同波长时的折射率。在正常色 散区这种经验公式最早是由科希于1836年通过实验总结得出的，其公式 B C 为 n = A+ 2 + 4
§5-2 介质的吸收与色散
一般吸收： 一般吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数不随 波长而变（严格说来是随波长的变化可以忽略不计），这 种吸收就称为一般吸收。 选择吸收： 选择吸收：有些媒质，在一定波长范围内，吸收系数随波 长而变，这种吸收就称为选择吸收。 例：

光的吸收、色散和散射


E 2 p r I E2 4 p2 r2
瑞利认为：由于热运动破坏了散射体之间的位置关联，
各次波不再是相干的，计算散射时应将次波的强度而不
是振幅叠加起来，于是感生偶极辐射的机制导致正比于
4或1/4 。
2020年3月29日
30
光学教程专题 光的吸收、色散和散射
Mie散射 C.Mie(1908)和P.Debye(1909)以球形质点为
Nzq 2
0m
(02
02 2 2 )2 22
2n2
Nzq 2
0m
(02
2 )2
2 2
以上两式称为亥姆霍兹方程；实部反映了介质中感生电
偶极子电矩所产生的附加场的效果；虚部反映了感生电
偶极子对外电磁波能量的吸收。
2020年3月29日
20
光学教程专题 光的吸收、色散和散射
光的发射、吸收和色散的经典电磁理论：
§3 光的相速和群速
光速的测定
1862年，J.B.L.Foucault测定空气和水中光 速之比近于4:3，直接有力地证明了惠更斯的波 动说（sini1:sini2=v1:v2）。
1885年，A.A.Michelson更精确地重复了傅 科的实验结果，但在另外的测试中得到空气和
CS2中光速比为1.758，与折射率法测得的1.64 相差甚大，绝非实验误差所致。
细说明。故常称为布格定律或朗伯定律。
2020年3月29日
2
光学教程专题 光的吸收、色散和散射
溶液的Beer定律：
对于溶液，实验表明，其吸收系数与其浓
度C 成正比：
I I0e ACl
Beer定律只有每个分子的吸收本领不受周围分 子影响时才成立，当溶液浓度大到足以使分子 间的相互作用影响到它们的吸收本领时，就会 发生对比尔定律的偏离。
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第八章 光的吸收、色散和散射（6学时）
教 师：张旨遥 博士 讲师 办公地点：光电楼321室 E-mail: zhangzhiyao@
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本章共6学时
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8.1.2 介质的复折射率
当束缚电子的偶极振荡受到阻尼 时，必将导致极 化强度 P t 与电场强度 E t 之间存在相位差，因 而介质体内必有极化热耗散，这便使光波能流衰减 而转化为原子体系的热能。
Ne 2 m
2
16
P

2 0

i
E
8.1.2 介质的复折射率
0
12
Ne 2 " 电极化率的虚部： 0 m 2 2 2 2 2
0
介质无吸收时， 0
" 0
为实数
8.1.2 介质的复折射率
折射率也为复数，称为复折射率，表示为 n n i
Ne 2 1 1 1 n r 0 m 02 2 i
a 2k
4


8.2.1 光吸收定律
不同介质的吸收系数差异很大，例如，对于可见光 波段，在标准大气压下，空气的 a 105 cm 1 ，玻璃 的 a 102 cm 1 ，金属的 a 106 cm 1 。 介质的吸收性能与波长有关，即 a 是波长的函数。 除真空外，没有任何一种介质对任何波长的电磁波 均完全透明，只能是对某些波长范围内的光透明， 对另一些波长范围内的光不透明。
8.2.2 一般吸收与选择吸收
如果某种介质对某一波段的光吸收很少，并且吸收 随波长变化不大，这种吸收称为一般吸收。 如果介质对光具有强烈的吸收，并且吸收随波长有 显著变化，这种吸收称为选择吸收。
0 附近为选择吸收带
26
远离 0 区域为一般吸收
8.2.2 一般吸收与选择吸收
大气窗口
8.2.3 吸收光谱
31
8.2.4 双/多光子吸收与场致吸收
1.双/多光子吸收
双/多光子吸收：在强光的作用下，组成物质的原子 或分子同时吸收两个或多个光子，完成一次跃迁。 这是一种非线性吸收。
32
双光子吸收发生时，总的吸收系数为 0 2 I
0 ：线性吸收系数
2 ：双光子吸收系数
在弱极化情况下（例如：稀薄气体），有 1 ，则
1 1 1 1 1 ' i " n 2 2 2
17
02 2 1 ' Ne 2 复折射率实部：n 1+ 1+ 2 2 0 m 2 2 2 2 2
0
1 " Ne 2 复折射率虚部： = 2 2 0 m 2 2 2 2 2
3
8.1 光与物质相互作用的经典理论
引言
麦克斯韦电磁理论最重要的成就之一：将电磁现象 与光现象联系起来，正确解释了光的干涉、衍射以 及法拉第效应和克尔效应等光与介质相互作用的一 些重要现象。 麦克斯韦电磁理论在说明光的传播现象时，对介质 的本性作了过于粗略的假设，即把介质看成是连续 的结构，得出了介质中光速不随光波频率变化的错 误结论，在解释光的色散现象时遇到了困难。 光与物质相互作用的严格理论-----量子理论。 定性或半定量解释-----经典的电偶极辐射模型。
为简单起见，假设在研究的均匀介质中只有一种分 子，并且不考虑分子间相互作用，每个分子内只有 一个电子作强迫振动，所构成的电偶极矩为
p er
7
e ：电子电量。
r ：电子在光波场作用下离开平衡位臵的距离。
如果单位体积中有 N 个分子，则单位体积内的平均 电偶极矩（极化强度）为
P Np Ner
光源泵浦激光物质时，希望吸收越大越好；光电探 测器也希望尽可能多地吸收入射光。
8.2.1 光吸收定律
1.朗伯（Lambert）定律
21
朗伯总结了大量实验结果后指出，光强的减弱 dI 正 比于 I 和 dx 的乘积，即
dI a Idx
a 是一个与光波波长和介质有关的比例因子，
称为介质对单色光的吸收系数。
2
11

2 0

i
E
由电磁场理论，极化强度与电场的关系为
P 0 E
对比两式得到
Ne 2 1 电极化率： m 2 2 0 i 0
8.1.2 介质的复折射率
电极化率为复数，可表示为 ' i "
02 2 Ne 2 ' 电极化率的实部： 0 m 2 2 2 2 2
为了说明复折射率实部和虚部的意义，考察在介质 中沿z方向传播的光电场复振幅表达式
z E e ik nz E e ik n i z E e k z e iknz E 0 0 0
14
k
2

：光在真空中的波数。
振幅随传播距离z按指数规律衰减的平面电磁波。
n 1
2 j
19
0 m j 02 j 2 i j
N je2 j
1
全波段的色散曲线
8.2 光的吸收
引言
光在介质中传播时，部分光能被吸收而转化为介质 的内能，使光的强度随传播距离（穿透深度）增长 而衰减的现象称为光的吸收。
20
光纤通信中希望光纤对光的吸收越小越好，这样光 信号的传输距离可以延长。
2
第八章 光的吸收、色散和散射
前言
光在介质中的传播过程，就是光与介质相互作用的 过程。光在介质中的吸收、色散和散射现象，实际 上就是光与介质相互作用的结果。这些现象是光在 介质中传播时所发生的普遍现象，并且它们是在一 定程度上相互联系的。 严格地讲，光与物质的相互作用应当用量子理论去 解释，但是如果将其看成组成物质的原子或分子受 到光波电磁场的作用，所得出的结论仍然是非常重 要和有意义的。
8.2.4 双/多光子吸收与场致吸收
2.场致吸收
Franz-Keldysh发现：在电场作用下，某些物质（如 GaAs）的吸收边向长波长偏移，这种现象称为场致 吸收，也称为Franz-Keldysh效应。 GaAs吸收边的FrankKeldysh偏移： • 曲线A：无电场 • 曲线B：有电场
8.2.3 吸收光谱
每一种原子都有自己独有的能级结构，相应地也具 有自己特有的吸收谱线，称为该元素的特征谱线或 标示谱线。 利用特征谱线可以根据物质的光谱来检测它含有何 种元素，这种方法称为光谱分析方法。
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光谱分析是研究物质结构的一种重要手段。
太阳发射连续光谱，但在其连续光谱的背景上呈现 出许多暗线，这是其周围温度较低的原子对炙热的 太阳内核发射的连续光谱进行选择吸收的结果。
4
8.1.1 经典理论的基本方程
洛伦兹的电子论假设：
• 组成介质的原子或分子内的带电粒子（电子、离子） 被准弹性力保持在它们的平衡位臵附近，并且具有 一定的固有振动频率。 • 在入射光的作用下，介质中的带电粒子发生极化， 并按入射光频率作强迫振动，形成振动偶极子，发 出与入射光同频率的次波。
5
d 2r dr eE 2 将上述两式代入电子运动方程 0 r 2 dt r m
2 2 0
整理后得到
r

2 0

e m
2
i
E
8.1.2 介质的复折射率
则极化强度为
P Ner Ne 2 m
0
8.1.2 介质的复折射率
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曲线为光吸收曲线，在 0 附近有强烈的吸收
（共振吸收）。
n 曲线为色散曲线，在 0 附近区域为反常色散 区，而在远离 0 的区域为正常色散区。
色散与吸收之间有密切的联系。
8.1.2 介质的复折射率
更普遍的模型应是认为有多种振子
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8.2.3 吸收光谱
让具有连续谱的光通过吸收物质后再经光谱仪展成 光谱时，就得该物质的吸收光谱。 吸收光谱的表现形式是在入射光的连续光谱背景上 出现一些暗线或暗带，前者称为线状谱，后者称为 带状谱。
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吸收光谱和发射光谱具有对应关系，物质的辐射和 吸收实际上是同时存在的，不过在不同条件下其相 对强弱有所不同。
光强度
z E z E * z I e 2k z I E 0
2
8.1.2 介质的复折射率
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复折射率描述了介质对光波传播特性（振幅和相位） 的作用。 复折射率的实部 n 是表征介质影响光传播的相位特 性的量，即通常所说的折射率，由于 n 随频率（或 波长）而变，从而造成了色散。 复折射率的虚部 表征了光在介质中传播时振幅 （或光强）衰减的快慢，通常称为消光系数（或消 光因子）。
8.2.1 光吸收定律
I 输入光强为 I 0 ，即当 x 0 时， I 0 ，可积分得到介 质内 x 处的光强为
I I 0e a x
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----朗伯定律
当 x 1 a 时，光强减少为原来的 1 e 。
吸收系数与消光系数的关系：
I I 0e a x
I I 0e 2 k z
2
13
02 2 Ne 2 n2 2 1 0 m 2 2 2 2 2
0
Ne 2 2n 0 m 2 2 2 2 2
0
上两式表明 n 与 是相互关联（K-K关系）的， 且都是光频率的函数。
8.1.2 介质的复折射率