光與物質(zhì)的相互作用光的量子性

光與物質(zhì)的相互作用光的量子性第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日§1光的吸收開(kāi)始涉及光和實(shí)物的相互作用。吸收——真吸收和散射。lxoxx+dxdxI0II+dI單色平行光，穿透媒質(zhì)，I(x)，…，得——吸收系數(shù)一.光強(qiáng)

(因吸收而減弱)的規(guī)律再經(jīng)dx，改變dI，(p.228)(1)第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日(極強(qiáng)光，不再是常數(shù)，以上的布格爾定律不成立。)上式稱為布格爾定律或郎伯定律，它是布格爾(P.Bouguer,1698–1758)

在1729年發(fā)現(xiàn)的，郎伯(J.H.Lambert,1728–1777)在1760年重新作了表述。第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日例強(qiáng)度為I0的單色光垂直入射到有色玻璃片上，玻璃片的厚度為l，吸收系數(shù)為，折射率n=1.5。1.

試求透射光強(qiáng)和入射光強(qiáng)之比（不計(jì)多重反射）。2.

試求由于不計(jì)光強(qiáng)的反射損失而引起的相對(duì)誤差是多少?假設(shè)能量反射率R很小。3.

試問(wèn)在測(cè)量玻璃片的吸收系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，怎樣消除由于反射引起的誤差？解：1.

在玻璃片第一界面上反射的光強(qiáng)為進(jìn)入玻璃片的光強(qiáng)為傳播l距離后的光強(qiáng)為在玻璃片的第二界面上反射的光強(qiáng)為故透射光強(qiáng)為第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日透射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)之比為由菲涅耳公式，正入射時(shí)的能量反射率R為2.

不計(jì)反射損失時(shí)，透射光與入射光的光強(qiáng)之比為考慮反射損失時(shí)，透射光與入射光的光強(qiáng)之比為第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日因此，不計(jì)反射損失引起的光強(qiáng)之比的絕對(duì)誤差為相對(duì)誤差為3.

用同種材料（即和R一定）制成的兩塊厚度不同的玻璃片來(lái)做實(shí)驗(yàn)，用同樣的入射光強(qiáng)I0，測(cè)定透射光強(qiáng)。設(shè)厚度為l的玻璃片的透射光強(qiáng)為I2，厚度為l’的玻璃片的投射光強(qiáng)為I’2

，則第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日二式相除，得此比值與反射損失R無(wú)關(guān)，故得出玻璃片的吸收系數(shù)為第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日二.X射線斷層成像

X射線斷層成像，俗稱CT，CT是ComputerizedTomography的簡(jiǎn)寫(xiě)。這項(xiàng)研究成果曾獲1979年諾貝爾生物醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。一般的X光照片，是一個(gè)平面相，相片上的每一黑白點(diǎn)（稱作像素），都是一束X射線穿過(guò)一個(gè)三維物體時(shí)，沿路徑被吸收之后的總效果。整個(gè)相片是一個(gè)三維物體沿某一方向被X射線照射后的二維投影，人們不能從中了解物體某一點(diǎn)的吸收性質(zhì)。從低維圖象取得物體三維（即物體中每一成像單元）結(jié)構(gòu)的問(wèn)題稱為三維重構(gòu)。在X射線技術(shù)中，為了解物體三維結(jié)構(gòu)，先進(jìn)行斷層成像。把物體劃分成許多薄層，取得每一斷層的相片（CT），這些相疊合之后，即構(gòu)成立體相。取得斷層像的過(guò)程是二維重構(gòu)。第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日以上是四個(gè)聯(lián)立方程，解此方程即可求出未知的吸收系數(shù)到，用不同灰度表示值，即得到一個(gè)二維像。上述這類問(wèn)題在物理上稱為逆問(wèn)題，是從結(jié)果反求原因的問(wèn)題。對(duì)一個(gè)實(shí)際物體，要求成像的單元很小、數(shù)目很大（即要求分辨率高），而用X射線照射所得數(shù)據(jù)又相當(dāng)多，則這種逆問(wèn)題就并不是那么好解的，需用許多技術(shù)上和計(jì)算方法上的高度技巧。第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日三.復(fù)數(shù)折射率

吸收可歸并到一個(gè)復(fù)折射率N中。在介質(zhì)中沿x方向傳播的的平面電磁波中電場(chǎng)強(qiáng)度可寫(xiě)作如下復(fù)數(shù)形式：這里n是實(shí)數(shù)，電磁波不隨距離衰減。若形式地將其看作復(fù)數(shù)，并記做N的實(shí)部n與普通的折射率相當(dāng)，其虛部稱為消光系數(shù),則(2)式化為(2)(3)第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日(4)(5)第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日(6)(5)與(1)比較，得第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日Rknrrii第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日四.普遍吸收和選擇吸收吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系。在廣闊的波段上，每種物質(zhì)都有其選擇吸收波長(zhǎng)。五.吸收光譜Fraunhofer譜線(p.233，表格)第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

1938年，英國(guó)科學(xué)家發(fā)明了雷達(dá)(RADAR)，使幾百乃至上千公里的飛機(jī)、戰(zhàn)車、水面艦艇早早就被發(fā)現(xiàn)。RADAR=radiodetectingandranging第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日§2色散同一物質(zhì)中，光速和波長(zhǎng)有關(guān)的現(xiàn)象叫色散。一.正常色散和反常色散在所取的頻段中，若折射率n隨波長(zhǎng)的增加而單調(diào)下降，則稱之為正常色散。無(wú)色透明材料(例如玻璃)在可見(jiàn)光范圍是正常色散。(p.235,圖2-2)科希(Cauchy)公式(1836)：第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日在吸收帶附近，n隨波長(zhǎng)的改變而急劇改變(且因有強(qiáng)烈吸收，不易觀察)，吸收帶兩邊較大的一側(cè)n較大，這叫做反常色散。(歷史遺留的稱呼)第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日二.一種物質(zhì)的全部色散曲線一般特征：一系列吸收帶，兩相鄰吸收帶之間，n隨的增加而單調(diào)下降。每經(jīng)過(guò)一個(gè)吸收帶，n顯著增大。曲線總趨勢(shì)是隨增加而抬高。第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日三.經(jīng)典色散理論第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日§3光的散射瑞利散射定律米-德拜散射理論第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日喇曼(Raman)散射

喇曼在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，從某些純凈的有機(jī)液體中散射出來(lái)的微弱光中，含有入射光中并不存在的波長(zhǎng)。1928年3月，喇曼在南印度科學(xué)協(xié)會(huì)的大會(huì)上公布了這一發(fā)現(xiàn)，1930年或諾貝爾物理獎(jiǎng)。

差不多與此同時(shí)，前蘇聯(lián)物理學(xué)家曼杰利斯塔姆等人，在研究光在晶體上發(fā)生的散射光光譜時(shí)，也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了這種散射現(xiàn)象，他們把它稱為聯(lián)合散射。意思是說(shuō)，這是光波和分子內(nèi)的原子聯(lián)合行動(dòng)所造成的散射。第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日液體，晶體，入射光0

，散射光，除了有0