固体光谱学 第一章 光学常数及色散关系
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光的色散与色散光谱知识点总结在我们的日常生活中,经常能观察到各种与光有关的奇妙现象,比如彩虹的出现。
而光的色散就是解释这些现象的重要概念之一。
首先,我们来了解一下什么是光的色散。
简单来说,光的色散就是指一束白光通过某种介质后,被分解成不同颜色光的现象。
这束白光其实是由多种单色光混合而成的,当它们通过特定的介质时,由于不同颜色的光在该介质中的传播速度不同,从而导致它们折射的角度也不同,这样就使得原本混合在一起的光被分开了,形成了我们所看到的彩色光带。
那么,为什么不同颜色的光在同一介质中的传播速度会不一样呢?这就涉及到光的本质和介质的特性。
光具有波的性质,而不同颜色的光对应的波长是不同的。
通常情况下,红光的波长最长,紫光的波长最短。
而介质对于光的折射程度会受到光的波长影响。
一般来说,波长较长的光在介质中传播速度较快,折射角度较小;波长较短的光传播速度较慢,折射角度较大。
接下来,我们说一说色散光谱。
色散光谱就是通过光的色散现象所形成的彩色光带。
在可见光范围内,按照波长从长到短的顺序,依次排列为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。
这七种颜色的光具有不同的频率和能量。
红光频率最低,能量最小;紫光频率最高,能量最大。
在实际应用中,光的色散和色散光谱有着广泛的用途。
比如在光学仪器中,利用色散现象可以制造分光镜和三棱镜等,帮助我们分析和研究不同波长的光。
在天文学中,通过对天体发出的光进行色散分析,可以了解天体的组成成分和物理状态。
此外,还有一些常见的光的色散现象。
比如雨后的彩虹,这是由于空气中的小水滴就像一个个小小的三棱镜,太阳光在穿过这些小水滴时发生了色散,形成了美丽的彩虹。
再比如,用一块三棱镜对着阳光,在墙壁或者地面上也能看到色散后的彩色光带。
在理解光的色散和色散光谱时,还需要注意一些容易混淆的概念。
比如,光的折射和光的色散虽然有一定的关联,但并不是完全相同的概念。
光的折射是指光从一种介质斜射入另一种介质时传播方向发生改变的现象,而光的色散是在折射的基础上,由于不同颜色光的折射程度不同而产生的。
《固态光谱学》知识梳理概括 第一章 光学常数及色散关系光学常数是反映固体宏观光学性质的物理量,折射率n 和消光系数κ是两个基本的光学参数,两者分别构成复折射率的实部和虚部,另外,复介电常数ε和复光电导率σ也叫做光学常数,他们都和(n ,κ)有关。
实际上光学常数并非真正意义上的常数,而是入射光频率的函数,光学常数的这种频率依赖性叫做色散关系。
1.1 折射率与消光系数当一束光照照到一个固体上时,可能会被反射、吸收和透过。
他们之间的关系A+R+T=1 光在固体中传播时强度会发生衰减,光强的变化为 I=I n e -ad光在耗散介质中的传播,波失可以用一个复波动矢量来表示i r ik k k +=,下表分别表示实部和虚部。
于是以ω为角频率的电磁波场E 的时空关系可以表示为r)iwt)exp(-k -r exp(ik E ωt)exp(i r 00=-=i ikr E E结合介质中麦克斯韦方程组可以得到k)*(k c εω22= 对于上面方程的解需要分情况来讨论1。
对于振幅无衰减的介质,ε k 均为实数,ε=n2。
对于振幅有衰减的介质,k为复数,上方程可化为εω)*2(2222=+-i r i r k ik k k c对于实的介电常数,相应于等相位面垂直于等振幅面的情况,这种波的振幅有衰减,但波在传播过程中无能量损耗对于复的介电常数,满足该方程所有的解都是衰减波,i rεεε+=方程式可以分解为i 2i r 2r2222εω)k *(2k c εω)(==+i rk k c引入复折射率κi n n +=将上次化为最简ir22ε2n κεκ==-n因此ε=n ,这叫做广义麦克斯韦关系1.2吸收系数吸收系数跟光强有关。
固体中光强的定义为光通过固体时能流密度的时间的平均,他与光场振幅平方成正比。
是实际上可以测量的物理量。
光作为电磁波,其能流密度为用波印尼矢量S=E ×H来表示,光强表达式为SI =,其中表示E 和H 矢量乘积的平均,式中E 和H 为复数形式表示的平均场,完整的表示为exp(i ωt)'E ωt)exp(m +-=i E E m exp(i ωt)'H ωt)exp(m +-=i H H mεε0c E H mm =式中光场空间变化部分主要包括在振幅中()**⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=Em Em c I *εεε0由公式()x I I αexp 0-= α叫做吸收系数,表示光在固体中传播的指数衰减率。