光與物質(zhì)的相互作用(1).ppt

1、第10章 光與物質(zhì)的相互作用,普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 18581947),1900年，普朗克拋棄了能量是連續(xù)的傳統(tǒng)經(jīng)典物理觀念，導(dǎo)出了與實(shí)驗(yàn)完全符合的黑體輻射經(jīng)驗(yàn)公式。在理論上導(dǎo)出這個公式，必須假設(shè)物質(zhì)輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一個最小能量的整數(shù)倍。普朗克把這一最小能量單位稱為“能量子”。普朗克的假設(shè)解決了黑體輻射的理論困難。普朗克還進(jìn)一步提出了能量子與頻率成正比的觀點(diǎn)，并引入了普朗克常數(shù)h。量子理論現(xiàn)已成為現(xiàn)代理論和實(shí)驗(yàn)的不可缺少的基本理論。普朗克由于創(chuàng)立了量子理論而獲得了諾貝爾獎金。,普朗克是德國物理學(xué)家，量子物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人，被尊稱為

2、 “量子之父” 1918年諾貝爾物理學(xué)獎金的獲得者。他的偉大成就，就是創(chuàng)立了量子理論，這是物理學(xué)史上的一次巨大變革。從此結(jié)束了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面。,1900年，普朗克拋棄了能量是連續(xù)的傳統(tǒng)經(jīng)典物理觀念，導(dǎo)出了與實(shí)驗(yàn)完全符合的黑體輻射經(jīng)驗(yàn)公式。在理論上導(dǎo)出這個公式，必須假設(shè)物質(zhì)輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一個最小能量的整數(shù)倍。普朗克把這一最小能量單位稱為“能量子”。,10.1 光的波粒二象性,一、普朗克量子假設(shè), = h,構(gòu)成物體的分子、原子可視為在各自平衡位置附近振動的帶電線性諧振子，這些振子既可以發(fā)射輻射能，也可以吸收輻射能。,諧振子發(fā)射和吸收輻射能量是某些分立狀態(tài)，是最小能量單位

3、h的整數(shù)倍，即 發(fā)射或吸收電磁輻射只能以量子方式進(jìn)行，每個能量子能量為,其中h 是普朗克常量， 為諧振子的振動頻率。,討論：,一個頻率為 的諧振子的最小能量是h ，它與周圍的輻射場交換能量時，也只能整個地吸收或放出一個能量子 。,“量子”的概念,量子（化）：微觀世界的一個特殊概念，按某種規(guī)律取分立值的物理量。,如：電荷量子（化）,能量量子（化）,普朗克公式：,普朗克的量子假設(shè)：,能量不連續(xù)的概念與經(jīng)典物理學(xué)是完全不相容的！,普朗克公式：,能量,經(jīng)典,光量子,突破了經(jīng)典物理學(xué)的能量連續(xù)的觀念，在物理學(xué)史上第一次提出了微觀粒子能量量子化的概念，這對量子物理學(xué)的誕生起了極大的推動作用。,例：,設(shè)有一

4、音叉，其尖端的質(zhì)量為0.050kg，其頻率被調(diào)到480Hz，振幅1.0mm。試求音叉尖端振動的量子數(shù)。,解：,由諧振子的能量公式知，諧振子的能量為,代入已知條件：,根據(jù)普朗克量子假設(shè)： ，音叉尖端的振動量子數(shù)為,討論：,宏觀物體振動的量子數(shù)是非常大的，與很小的能量子相比，宏觀物體的能量可以認(rèn)為是連續(xù)分布的。,二、愛因斯坦光量子學(xué)說,光電效應(yīng),當(dāng)光照到某些金屬的表面時，金屬內(nèi)部的自由電子會逸出金屬表面，這種光致電子發(fā)射現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。（1887年德國物理學(xué)家赫茲首先發(fā)現(xiàn)光電發(fā)射現(xiàn)象，1888年又被俄國物理學(xué)家斯托列托夫用實(shí)驗(yàn)證明。）,實(shí)驗(yàn)裝置：,光通過石英窗口照射陰極K，光電子從陰極表面逸出。

5、光電子在電場加速下向陽極A運(yùn)動，形成光電流。,I1,I2,I3,Ua,U,i,I1I2I3,0,遏止電壓與頻率關(guān)系曲線,試驗(yàn)規(guī)律：,遏止電勢差：與入射光頻率具有線性關(guān)系。,截止頻率：對某一種金屬只有當(dāng)入射光頻率大于某一頻率 時，電子才能從金屬表面逸出（紅限）。,和 成線性關(guān)系,遏止電壓與頻率關(guān)系曲線,光電效應(yīng)瞬時性：,遲滯時間不超過 10-9 秒,經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律的矛盾：,無論何種頻率的光，只要其強(qiáng)度足夠大，電子就能獲得足夠的能量，從金屬表面逸出；,電子的動能取決于光的動能，而與頻率無關(guān)；,在光強(qiáng)很小時，即使光的頻率大于截止頻率，也不應(yīng)有電子發(fā)射 。,愛因斯坦光量子學(xué)說（1905年）：,光束

6、可以看成由微粒（光子）構(gòu)成的粒子流（光量子）， 在真空中以 運(yùn)動，頻率為 的光子能量為 。,愛因斯坦光電效應(yīng)方程：,式中為逸出功， 為電子從表面上逸出時初動能。,討論：,光頻率 A/h 時，電子吸收一個光子即可克服逸出功 A 逸出,光電子最大初動能和光頻率 成線性關(guān)系。,單位時間到達(dá)單位垂直面積的光子數(shù)為N，則光強(qiáng) I = Nh 。 I 越強(qiáng) , 到陰極的光子越多, 則逸出的光電子越多。,電子吸收一個光子即可逸出，不需要長時間的能量積累。,三、光的波粒二象性,光具有波動性和粒子性兩個側(cè)面，是微觀粒子的基本屬性，在某些情況下突出顯示某一個側(cè)面。,作為粒子：,有 和能量,由相對論知,對于光 ，則有

7、或,作為波：,兩者關(guān)系為：,光子的波動性和粒子性是光子本性在不同條件下表現(xiàn)出來的兩個側(cè)面：波動性突出呈現(xiàn)在其傳播過程中，粒子性突出呈現(xiàn)在其與物質(zhì)的相互作用中。,光的波動性和粒子性隨頻率范圍的不同而有不同的表現(xiàn)：在低頻或長波區(qū)，光的波動性比較顯著；而在高頻或短波區(qū)，粒子性卻比較突出。,要對波粒二象性進(jìn)行完善描述，必須采用量子力學(xué)方法（波函數(shù)）。,普朗克常量把光的波動性和粒子性 聯(lián)系起來了。,例：,計(jì)算波長為600nm的紅光與波長為0.1nm的X光的光子能量。,解：,紅光光子能量為：,X光光子能量為,10.2 光的發(fā)射 激光原理,一、發(fā)光的物理機(jī)制 發(fā)射光譜,光源 發(fā)射光波的物體。如太陽、蠟燭等。

8、光源發(fā)出的光是其中大量的分子或原子的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化時所輻射出的電磁波。,發(fā)光的物理機(jī)理,電子沿著一個個分立的軌道繞核旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電子在確定的軌道上運(yùn)動時，原子具有確定的能量。,電子從一個軌道躍遷到另一個軌道，原子或分子就從一個能態(tài)躍變到另一能態(tài)，同時伴隨著能量的變化。,電子在不同軌道之間躍變，原子向外釋放或吸收能量。,E,n = 1,n = 2,n = 3,n = 4,n = 5,n = 6,n=1,n=3,n=2,n=,原子的不同能態(tài)用一個個分立的能級表示,原子從一個定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會發(fā)射或吸收一個光子，頻率,輻射頻率公式,波列長 L = c,每一個輻射光子稱作一個波列,每個波列持續(xù)時間約

9、10-8s,原子或分子的發(fā)光過程是彼此獨(dú)立的、隨機(jī)的,光源發(fā)出的連續(xù)光波實(shí)際上是大量原子或分子發(fā)光的總效果。,相互獨(dú)立的波列,.,.,非相干（同一原子先后發(fā)出的光）,非相干（不同原子發(fā)出的光）,注：,發(fā)射光譜,原子發(fā)射光譜,鐵和其他元素的原子發(fā)射光譜圖（上為鐵譜，下為其他元素光譜）,原子的發(fā)射光譜是線狀光譜,每種原子有其獨(dú)特的發(fā)射光譜識別不同原子的標(biāo)志,分子發(fā)射光譜,若干光譜帶組成的帶狀光譜,分子光譜,分子能級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,分子的能量,能級間隔滿足,分子的轉(zhuǎn)動能級間的躍遷發(fā)出遠(yuǎn)紅外輻射；振動能級間的躍遷發(fā)出中紅外輻射；而電子能級間的躍遷發(fā)出可見光和紫外輻射。,二、發(fā)光過程的類型,按照激發(fā)方式分

10、類,熱輻射 太陽、白熾燈等,電致發(fā)光 閃電、霓虹燈以及半導(dǎo)體、PN結(jié)的發(fā)光過程等,光致發(fā)光 日光燈、熒光、磷光等,化學(xué)發(fā)光 燃燒發(fā)光、生物發(fā)光等,白天和夜晚分別拍攝的發(fā)光真菌,按照輻射方式分類,自發(fā)輻射,自發(fā)輻射所發(fā)出的光沒有相干性,能級的平均壽命（ ）,原子在某一能級停留的平均時間,處于高能級的原子中，在單位時間內(nèi)從高能級E2自發(fā)躍遷到低能級E1的原子數(shù)比率A21，稱為原子自發(fā)躍遷的概率，它與高能級E2的平均壽命之間存在如下關(guān)系,受激輻射,受激吸收,受激輻射,這兩個光子再引起其它原子產(chǎn)生受激輻射，就會得到更多的相同特征的光子，這個現(xiàn)象稱為光放大光放大。,普通光源,激光光源,區(qū)別,三、激光原理

11、,受激輻射光放大簡稱為激光。,粒子數(shù)反轉(zhuǎn),在溫度為 T 的平衡態(tài)下，原子中的電子處于高、低兩個能級上的數(shù)目之比為,討論,正常分布：N1N2。光吸收比光輻射占優(yōu)勢。,粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：N2N1。光通過物質(zhì)得到光放大。,粒子數(shù)反轉(zhuǎn)必須具備的條件：,能量的供應(yīng)過程激勵（光泵浦）,工作物質(zhì)內(nèi)必須存在亞穩(wěn)態(tài)能級,亞穩(wěn)態(tài)不如基態(tài)穩(wěn)定，但比激發(fā)態(tài)穩(wěn)定。He,Ne,Ar,Ru,CO2等具有亞穩(wěn)態(tài)，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。,亞穩(wěn)態(tài)E2,基態(tài)E1,激發(fā)態(tài)E3,三能級系統(tǒng)示意圖,E1與E2之間產(chǎn)生以受激輻射為主的躍遷,激勵,無輻射躍遷,光學(xué)諧振腔,使某一方向、某一頻率的輻射不斷得到加強(qiáng)，其它方向、其它頻率的輻射受到抑制的裝置,

12、全反射鏡M1,部分反射鏡M2,激光,工作物質(zhì),作用,選擇激光的方向,選擇激光的頻率,激勵能源,He-Ne激光器的工作原理,激光器的基本構(gòu)成及激光的形成,具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)、激勵系統(tǒng)和光學(xué)諧振腔,光束在諧振腔內(nèi)來回震蕩，在工作物質(zhì)中的傳播使光得以放大，并輸出激光。,反射鏡,反射鏡,陽極,陰極,布儒斯特窗,毛細(xì)管,工作物質(zhì)：氦氣,輔助物質(zhì)：氖氣,激勵方式：直流氣體放電,He-Ne激光器中Ne氣粒子數(shù)反轉(zhuǎn)態(tài)的實(shí)現(xiàn),電子,He,21s,23s,亞穩(wěn)態(tài),Ne,3s,2s,3p,2p,1150nm,632.8nm,3390nm,電子經(jīng)電場加速后，與 He 碰撞。處于激發(fā)態(tài)的 He 與 Ne 碰撞

13、，把能量傳遞給 Ne，使它在亞穩(wěn)態(tài)（3s、2s）和激發(fā)態(tài)（3p、2p）之間形成反轉(zhuǎn)分布。,四、激光的特性與應(yīng)用,特性,方向性強(qiáng),強(qiáng)度高,單色性好,相干性好,應(yīng)用,可用于精密加工，醫(yī)學(xué)，核聚變等。,激光加工 6KW CO2 激光加工機(jī)在進(jìn)行金屬表面涂敷合金粉末的作業(yè),核聚變實(shí)驗(yàn)的六路真空靶室,實(shí)驗(yàn)中采用大功率(1014KW)釹玻璃激光器,C.H.Townes,A.M.Prokhorov,N.G.Basov,湯斯1954年在量子電子學(xué)研究中實(shí)現(xiàn)了氨分子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，研制了微波激射器和激光器；普羅霍洛夫和巴索夫1958年幾乎同時在量子電子學(xué)的基礎(chǔ)研究中，根據(jù)微波激射器和激光器原理研制了振蕩器和放大器

14、。以上工作導(dǎo)致了激光器的發(fā)明。,The Nobel Prize in Physics 1964,10.3 光的吸收 吸收光譜,光波和物質(zhì)作用的兩種效應(yīng),折射和雙折射現(xiàn)象（速度減慢）,消光現(xiàn)象,散射 (scattering)現(xiàn)象,吸收 (absorption)現(xiàn)象,(部分光波沿其它方向傳播),(光能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量),（光能減弱）,當(dāng)光波在媒質(zhì)中傳播時，由于光波和物質(zhì)的相互作用，一般呈現(xiàn)兩種效應(yīng),一、光吸收的類型,一般吸收（ general absorption ）,在給定的波段范圍內(nèi)，若介質(zhì)對光的吸收很少，而且光吸收量與波長無關(guān)。在可見光范圍內(nèi)，一般吸收意味著光通過介質(zhì)后不改變顏色而只改變

15、強(qiáng)度。,選擇吸收（selective absorption ）,在給定的波段范圍內(nèi)，媒質(zhì)吸收某種波長的光能比較顯著。在可見光范圍內(nèi)，選擇吸收意味著光通過介質(zhì)后既改變顏色也改變強(qiáng)度。,如果不把光局限于可見光范圍以內(nèi)，可以說一切物質(zhì)都具有一般吸收和選擇吸收兩種特性。,選擇吸收性是物體呈現(xiàn)顏色的主要原因。,二、朗伯定律 比爾定律,I,I-dI,稱為吸收系數(shù)，“”號表示隨 x 增加 I 減小。,將上式積分：,朗伯定律,（朗伯定律的數(shù)學(xué)形式）,引入透光率 T 和吸收度 A ，并定義 ，,，上式表示為,實(shí)驗(yàn)表明，在光強(qiáng)變化相當(dāng)大的范圍（約1020倍）內(nèi)，透射光強(qiáng)度滿足朗伯定律的數(shù)學(xué)形式。因此，朗伯定律適用

16、于光強(qiáng)變化相當(dāng)大的場合。,比爾定律,比爾定律是朗伯定律在溶液情形下的應(yīng)用。,稀溶液的吸收系數(shù)與溶液濃度有關(guān)，即,朗伯定律可變?yōu)椋?是一個與濃度無關(guān)的常數(shù)，它表征了吸收物質(zhì)的分子特性，C 為溶液的濃度。,吸收度A與濃度 C 呈線性關(guān)系,（比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式）,實(shí)際測量中觀察到吸收度與濃度關(guān)系偏離線性的情況，說明比爾定律的成立是有條件的。,比爾定律只在溶質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受它周圍鄰近分子的影響時才成立。,光的反射、散射、溫度、時間、壓力等都會對比爾定律產(chǎn)生影響 。,朗伯定律始終成立，但比爾定律有時不一定成立。,考慮 loge1/2.303 ，,令 ， ，上式被簡化為,式中，D 稱為吸光度， 稱為

17、消光系數(shù) 。這種方法稱為分光光度分析或比色分析。,M,M1,S,平面鏡,凸透鏡,樣品池,光電管,M3,棱鏡,分光光度計(jì)光路圖,三、吸收光譜,當(dāng)一束復(fù)色光透過一定厚度的介質(zhì)時，利用介質(zhì)對光的吸收作用因波長而異，可產(chǎn)生吸收光譜。,產(chǎn)生連續(xù)光譜的光源所發(fā)的光，通過具有選擇吸收特性的物質(zhì)后，用光譜儀可以觀察到，在連續(xù)的發(fā)射光譜中，呈現(xiàn)出與發(fā)生吸收的波長區(qū)域相對應(yīng)的一些暗線或暗帶，這就是吸收光譜。,紫外可見光分光光度計(jì)原理圖,若用原子化裝置代替樣品室，就可得到某元素的原子吸收光譜。所謂原子化就是使待測樣品中的原子達(dá)到霧化狀態(tài)，并保證霧化原子處于基態(tài)。這樣一旦有外來光照，原子便可吸收外來光，產(chǎn)生吸收光譜。

18、,每種元素都有其特征吸收波長和吸收光譜,原子吸收光譜廣泛應(yīng)用于定量分析中,鈉原子吸收光譜,對于氣體、液體和固體而言，一般在紅外區(qū)有選擇吸收。吸收譜線寬度增大且組成連續(xù)譜帶，稱為帶狀光譜。紅外光譜分析常用于科學(xué)研究及生產(chǎn)實(shí)踐中。,四、植物對光的吸收,植物對光的吸收主要靠色素系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，這些色素對300750nm的可見光有不同的吸收率。,植物的光吸收曲線,葉綠素、胡蘿卜素的吸收光譜,一、光散射的基本規(guī)律,10.4 光的散射,光束在介質(zhì)中傳播時，部分光線偏離原方向分散傳播的現(xiàn)象稱為光的散射。,從分子理論來看，光波射入介質(zhì)后，將激起介質(zhì)中的電子作受迫振動，從而發(fā)散出相干次波。只要分子密度是均勻的，次波

19、相干迭加的結(jié)果，只剩下遵從幾何光學(xué)規(guī)律的沿原方向傳播的光線，其余方向的振動完全抵消；若介質(zhì)是不均勻的，它能夠破壞次波的干涉相消，從而引起光的散射。,光通過介質(zhì)時，散射會使透射光的強(qiáng)度減弱，當(dāng)僅考慮散射時，透射光遵從指數(shù)衰減規(guī)律：,實(shí)際上介質(zhì)對光的吸收和散射同時存在，故透射光的強(qiáng)度為：,式中 為吸收系數(shù)，（ + ）為衰減系數(shù)。,式中I0為入射光強(qiáng)， 為散射系數(shù)。,二、光散射的基本類型,據(jù)介質(zhì)不均勻性質(zhì)的起因，散射分為兩類：,延德爾散射,光通過懸浮質(zhì)點(diǎn)（或微粒）的散射，如光在膠體、乳濁液以及含有煙、霧、灰塵的大氣中的散射。,分子散射,在表面看來十分純凈、均勻的液體和氣體中，也能觀察到較微弱的散射。

20、這種因介質(zhì)分子的密度漲落而引起的散射稱為分子散射。物質(zhì)處于氣、液二相的臨界點(diǎn)時，密度漲落很大，在光線照射下會的出現(xiàn)強(qiáng)烈散射，亦屬分子散射。,三、瑞利散射與喇曼散射,瑞利散射,瑞利首先研究了第二類散射的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)散射光與入射光的頻率相同，因此，這類散射又稱瑞利散射。,（瑞利散射定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 ）,利用瑞利散射定律可以解釋旭日與夕陽的色彩。,地球,正午時的太陽,傍晚時的太陽,散射原理廣泛應(yīng)用于飲料與藥物純度的檢驗(yàn) 。,喇曼散射,1928年，印度科學(xué)家喇曼在研究溶液對光的散射時，發(fā)現(xiàn)散射光中除了有與入射光頻率0相同的瑞利光外，還有一部分散射光的頻率與入射光不同，這種散射光的頻率為,這種散射光的波長

21、不同于入射光的波長的散射現(xiàn)象稱喇曼散射，相應(yīng)的光譜稱為喇曼光譜。,應(yīng)用：,研究分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的一種主要方法。,激光的出現(xiàn)，使喇曼光譜技術(shù)獲得了新生，從而得以迅速發(fā)展。,喇曼在喇曼散射方面卓有成效的研究，使他榮獲1930年諾貝爾物理學(xué)獎。他是印度，也是亞洲第一位獲此殊榮的科學(xué)家。,四、散射現(xiàn)象的量子解釋,在散射過程中，入射光子與介質(zhì)分子發(fā)生彈性碰撞，分子吸收并且立即發(fā)射光子，大多數(shù)分子在這過程中仍回到原來能級，光子能量不變，散射光的頻率與入射光的頻率相同，這就是瑞利散射。,在喇曼散射中，光子與分子之間是非彈性碰撞。有些分子吸收光子的一部分能量，回到較高的振動能級，散射光子減少了能量，增加了波

22、長(減少了頻率)，這就形成喇曼散射的紅伴線。有一些分子原先處于較高的振動能級，給予光子一部分能量后回到較低能級，散射光子增加了能量，減少波長(增加頻率)這就形成喇曼散射的紫伴線。由于光子失去或獲得的能量等于分子振動能級差，所以入射光子與散射光子的頻率差正好等于分子的振動頻率。,一、色散率,10.5 光的色散,光在物質(zhì)中傳播時，其速度將比真空中小，而且不同頻率的光在同一物質(zhì)中的傳播速度不同。因此，物質(zhì)的折射率隨光的波長的不同而改變，這一現(xiàn)象稱為色散。色散現(xiàn)象也是光和物質(zhì)相互作用的結(jié)果 。,對于給定的介質(zhì)而言，折射率n是波長的函數(shù)，即 nn(),色散率,棱鏡折射率與頂角 和最小偏向角 關(guān)系,測得不

23、同波長的光線通過棱鏡的最小偏向角，可以按照上式計(jì)算出棱鏡對不同波長的光的折射率，從而可繪出棱鏡的色散曲線（即折射率n與波長的關(guān)系曲線）。,二、正常色散,幾種材料的色散曲線,曲線特點(diǎn)：,具有以上特點(diǎn)的色散稱為正常色散 。,波長越短，折射率n越大；,波長 越短，色散率 越大；,波長 很長時，折射率n趨于定值；,不同物質(zhì)的色散曲線沒有簡單的相似關(guān)系。,科希于1836年給出了正常色散的折射率與波長的函數(shù)關(guān)系：,式中 為真空中的波長，A、B、C 為取決于介質(zhì)性質(zhì)的常量，其數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)測定。,當(dāng)波長變化范圍不大時，上式可簡化為,介質(zhì)的色散率,上式表明dn/d 0（常數(shù)B始終為正），并且色散率的數(shù)值隨波長的

24、增加而減小，與實(shí)驗(yàn)測得的正常色散曲線相符。,三、反常色散,1862年，勒魯用碘蒸氣充滿三棱柱形容器研究光的折射現(xiàn)象，觀察到紫光的折射率比紅光的小，因這一現(xiàn)象與正常色散相反，勒魯稱其為反常色散。,反常色散總是發(fā)生在物質(zhì)的選擇吸收帶。（孔脫）,氰苷溶液色散的實(shí)驗(yàn)曲線,曲線上從M點(diǎn)到N點(diǎn)為選擇吸收區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)，折射率隨著波長的減小而減小，即反常色散 。,在吸收區(qū)域外，折射率隨著波長的減小而增大，是正常色散。,石英的色散曲線,可見光區(qū)的折射率滿足科希公式（曲線PQ段），因此，在可見光區(qū)域是正常色散,若向紅外區(qū)域延伸，在吸收帶(圖中R點(diǎn))附近，明顯偏離正常色散曲線,過了吸收帶重新進(jìn)入透明波段時，曲線

25、又逐漸恢復(fù)為正常色散曲線,總結(jié),物質(zhì)的色散曲線都是由正常色散區(qū)域和反常色散區(qū)域所構(gòu)成的。,不論是氣體、液體或固體介質(zhì)，在一定的波長區(qū)域內(nèi)，都會有選擇吸收，在這些區(qū)域中總是表現(xiàn)出反常色散。,一、熱效應(yīng),10.6 激光的生物學(xué)效應(yīng),激光生物效應(yīng)一般是指激光作用于生物體可能產(chǎn)生的物理、化學(xué)或生物學(xué)的反應(yīng) 。,實(shí)現(xiàn)的兩種途徑：,碰撞,吸收,熱效應(yīng)的強(qiáng)弱既取決于激光的強(qiáng)度、照射面積和照射時間，也取決于生物組織的吸光率、比熱、熱導(dǎo)率等物理參數(shù)。,二、光化學(xué)效應(yīng),光化學(xué)效應(yīng)是指在光的作用下產(chǎn)生的生物化學(xué)反應(yīng)。光能可提高某些生物化學(xué)反應(yīng)的速率。,光化學(xué)反應(yīng)的兩個階段：,原初光化學(xué)反應(yīng),繼發(fā)光化學(xué)反應(yīng),光合作用

26、、光敏化作用、視覺作用等都是典型的光化學(xué)反應(yīng)。,三、機(jī)械效應(yīng),當(dāng)生物組織吸收激光能量時，如果能量密度超過某一確定闌值時，就會產(chǎn)生汽化并伴有機(jī)械波，若能量密度低于該閾值，就只產(chǎn)生機(jī)構(gòu)波，這就是所謂的機(jī)械效應(yīng)。,光不僅具有波動性，還具有粒子性，即光子有質(zhì)量有動量，因而光子撞擊(照射)物體時必然會給受照處施以壓力，稱為光壓 。,激光是高強(qiáng)度光源，它對生物體可產(chǎn)生一次壓力和二次壓力，輻射壓強(qiáng)為一次壓力，熱膨脹壓強(qiáng)、聲波和蒸發(fā)壓強(qiáng)、電致伸縮壓強(qiáng)等為二次壓力。,四、電磁場效應(yīng),激光作用于生物組織引起生物組織變化稱之為激光生物電磁場效應(yīng)。,電磁場作用于生物組織時起作用的只是電場。激光的電場強(qiáng)度與激光的功率密

27、度有關(guān)。,三種類型：,喇曼散射,受激喇曼散射,受激布里淵散射,五、刺激效應(yīng),當(dāng)激光照射生物組織時，如果強(qiáng)度不是很高，就不會對生物組織直接造成不可逆性的損傷，而只是產(chǎn)生某種刺激作用，這與超聲波、針刺、艾炙及熱輻射等因子所產(chǎn)生的效應(yīng)相類似，稱為激光生物刺激效應(yīng)。,刺激效應(yīng)是低功率激光作用的結(jié)果，無法用前述的作用來解釋。,一般把產(chǎn)生生物刺激效應(yīng)的激光稱為“弱激光”。,當(dāng)用弱激光照射生物機(jī)體時，激光本身只是一種刺激源。生物機(jī)體對這種刺激的應(yīng)答反應(yīng)可能是興奮，也可能是抑制 。,總結(jié)：,據(jù)機(jī)理劃分：,熱效應(yīng),非熱效應(yīng),通過發(fā)熱與生物體發(fā)生作用,通過光壓、電磁、光化學(xué)等方式與生物體發(fā)生作用,據(jù)強(qiáng)度劃分：,強(qiáng)光生物學(xué)效應(yīng),弱光生物學(xué)效應(yīng),生物材料一般會發(fā)生汽化、蒸發(fā)、熱凝、熱殺、切斷等變化,生物組織一般不會出現(xiàn)大的損傷，僅可能在遺傳、代謝等方面出現(xiàn)變化,10.7 激光在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)中的應(yīng)用,一、激光檢測技術(shù),物理基礎(chǔ),低強(qiáng)度激光照射生命物質(zhì)后，被吸收、反射或產(chǎn)生熒光輻射，這對生命物質(zhì)的作用不是很大。但這種吸收、反射或熒光輻射與生物物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有關(guān)，因而帶有大量與生命物質(zhì)特性有關(guān)的信息。對其進(jìn)行分析就可以了解被輻射生命物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成狀態(tài)。,激光熒光光譜技術(shù),利用元素的特征