光的吸收、色散和散射

光的吸收、色散和散射是光在介質中傳播時所發生的普遍現象。14.1光的吸收

光通過介質時，其強度隨介質的厚度增加而減少的現象，稱為介質對光的吸收。

從能量的角度考慮，光的吸收就是光在通過介質時，光能轉換成了其它形式的能量。應用于紅外遙感、紅外導航和紅外跟蹤等技術。14.1.1一般吸收和選擇吸收吸收可分為一般吸收

選擇吸收

在一定波長范圍內，若某種介質對于通過它的各種波長的光波能量都作等量吸收，并且吸收的能量很少，則稱這種吸收為一般吸收。

若介質吸收某種波長的光能特別顯著，則稱其為選擇吸收。

如果不把光局限于可見光范圍內，可以說一切物質都具有一般吸收和選擇吸收兩種特性。

介質對不同波長的光表現出不同程度的吸收

例如：石英

對波長范圍在3.5~5.0μm的紅外光幾乎是不透明的，即石英對該波段的光對應選擇吸收。

對可見光幾乎是完全透明的，說明石英對可見光吸收很少，是一般吸收。

選擇吸收是物體呈現顏色的主要原因。

一些透明物體的顏色，是由于某些波長的光透入其內一定距離后被吸收掉而引起的。例如：海水對紅光是選擇吸收，這樣紅光被很快吸收掉。

海水對藍綠光是一般吸收，所以藍綠光可以透過相當的深度，所以海水呈現藍綠色。

不透明物體反射什么顏色的光到我們眼里，我們就感覺不透明物體是什么顏色。

如果一個物體對白光中所有波長的光都強烈吸收，它呈現黑色；

若白光照射，一個物體對白光中所有波長的光都不吸收，它就反射各種波長的光而呈現白色。研究小組的負責人普利克爾·阿加延

北京時間09年1月16日消息，據國外媒體報道，美國研究人員當地時間15日表示，他們制造出了地球上最黑的材料，這種材料對光的吸收達到99.9%

這種材料是由極細的碳納米管制成，一端直立，幾乎比美國國家標準與技術研究院用作當前黑色基準的碳物質黑了近30倍。該材料接近于科學家夢寐以求的理想黑色，這種理想黑色能吸收各種顏色的光，而且還不反射光。例如：在白光下見到的白紙紅字，在紅光照射下，看到的都是紅色；在藍光照射下，看到的是藍紙黑字。14.1.2光的吸收定律朗伯定律的數學表達式為x——是平行光在均勻介質中通過的距離——是x=0處的光強

I——是光在介質中通過x距離后的光強——是吸收系數，是波長的函數

負號反映出x增加時，I減弱

對于可見光波段：大氣壓強下的空氣，約10-5cm-1

一般玻璃，約10-2cm-1

金屬，約104~105cm-1

朗伯定律對于激光不適用

稀溶液服從比爾定律

比爾定律數學形式：C——溶液的濃度A——是常數，與濃度無關，它表征吸收物質的分子特性

通過測量光在溶液中強度的變化，來計算溶液的濃度，這就是吸收光譜分析的原理。14.1.3吸收光譜

產生連續光譜的光源所發出的光，通過有選擇吸收的介質后，用分光光度計可以觀測出，某些波段或某些波長的光被吸收，這就形成了吸收光譜。分光光度計以入射光的波長為橫坐標，物質對光的吸收程度為縱坐標作圖，即可得到該吸收物質的吸收光譜曲線。

不同分子有顯著不同的紅外吸收光譜,廣泛用于有機物研究及生產上。

吸收光譜的研究對紅外遙感、紅外導航和紅外跟蹤等技術的發展也起到很大作用，還可為氣象預報提供必要的依據。14.2光的色散

各色光在介質的分界面處將折向不同的方向，這就是色散現象。

白光入射棱鏡時，可折射出彩色光帶。

為表征介質的折射率隨波長變化的程度，定義色散率色散分類

正常色散，反常色散，

正常色散有三個特點：波長越長，折射率越小；波長越長，色散率越小；波長很長時折射率趨于常數。一切無色透明介質在可見光區域均表現為正常色散。幾種材料的正常色散曲線:正常色散時n

與

關系的經驗公式為科西方程：

其中λ為真空中的波長，A、B、C是由介質決定的常數，可由實驗測定。在波長λ變化不大時，柯西公式可以簡化為由上式可求得介質的色散率為色散率的現象稱為反常色散。

每一種介質都具有正常色散和反常色散的性質，只是表現在不同的波長范圍內。石英的色散曲線

可見既有正常色散，又有反常色散。14.3光的散射

光線通過光學性質不相同的介質時，我們可以從側面清晰地看到光線的軌跡，這種現象稱為光的散射。——入射光強I——光通過距離x后的光強光的吸收和散射使光強減弱：x——光在介質中通過距離的距離k——衰減系數散射分類廷德爾散射：散射粒子的大小和入射光波波長具有相同數量級

（按散射粒子的大小）散射粒子的線度比入射光波波長小得多的散射瑞利散射:

（分子散射）

散射光中各種波長的能量不是均勻分布的，短波長的能量占有明顯優勢，散射光的強度I與波長λ的四次方成反比，即瑞利定律：

按照瑞利定律，白光中的短波部分比長波部分的散射強烈得多。散射光中因短波成分多，因而天空呈現蔚藍色。

白晝天空是亮的，是大氣對太陽光散射的結果。如果沒有大氣，即使是白晝，人們仰觀天空，將看到耀眼的太陽懸掛在漆黑的背景中。這是宇航員在太空中觀察到的事實。