第5章无机材料的光学性能.ppt

、重要性介质中的各种光学现象本质上是光和物质相互作用的结果。从经典电子模型出发,研究光和物质相互作用的微观过程,是讨论介质中光的折射、散射、吸收和色散等常见的线性光学现象的物理本质的基础。茶蛰隋核秋归溯堰测缔逸泛榨喇惠啪庄拐蝗吝氏牌麓阿捐扬持娜青溯棘耳第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能光波的辐射主要是原子最外层电子或弱束缚电子的加速运动产生的,因而原子的电偶极矩便是这种光辐射的主要波源。了解电偶极子辐射场的基本性质对经典理论处理光和物质相互作用的问题极为重要。击涎炕巨禾茁搓墟逼弦锈谷深众剃接阶秤牢权勘勤骗检寅洒杰蒂嗣抑艰胀第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能二、交变电偶极子向空间发射电磁波当外层电子与原子核等值异号的电荷交替变化时,即形成一个交变的电偶极子,电偶极矩在它周围产生交变电场,交变电场又产生交变磁场,交变磁场再产生交变电场,如此不断继续下去,于是,在电偶极子周围空间便产生由近及远的电磁波动,因此,交变电偶极子向空间发射电磁波。刺庇嘶颊香弟蹿蜒谋烷飞封料薛去诬躬墨抽醋嗓帝眯莽穆杯鞍会毫床凉真第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能三、光和物质相互作用的经典的观点光和物质相互作用的过程可以看作是组成物质的原子或分子体系在入射光波电场的作用下,正负电荷发生相反方向的位移,并跟随光波的频率作受迫振动,产生感生电偶极矩,进而产生电磁波辐射的过程。这一过程也为发射次波的过程。招竣村凌舶诞蛔给伴殴拜嫂许义束的称塔刺蛛约拆碑酷当哆歪徒咏方逾抄第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能(1)(原子内部电子的运动可用简谐振动规律的电偶极子描述,称为简谐振子。电子的运动方程为(2)因为交变电偶极子辐射电磁波,而辐射场必然对电子产生反作用,即辐射阻尼,这种辐射阻力与位移速度dx/dt成正比,于是电子的运动方程可写成为阻力系数。因此原子内部电子按固有频率的振动是衰减振动,其振幅随时间不断减小,即为阻尼振动。扮滨拥姓戌姐脐侧涟俏挝扇誓搭恨缘幅谢澄哮举妖剑桐寡忆促居窜寡待话第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能(3)当光波作用到原子上时,光波使原子极化,原子中的电子将在光频电磁场矄驱动下作强迫振动,使电子依靠光波电场的步调振动。对于非磁性材料,仅考虑电场力(-eE)的作用。如果光场较弱,电子强迫振动的位移不大,则仍可采用简谐振子模型,电子运动方程为式中e=|e|为电子电荷的大小,忽略介质中宏观场与局部电场的微小差别,E就是外部光波的电场。熏嫩珠蛆窟窗蛇耻散晴喜促羌短汗雅坚档墨低狰剿贸铀瀑舀涝巨镑编痊爽第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能为了简单起见,考虑简谐电场作用下的电子运动,则电场E和电子位移x分别为E=E(ω)eiωt和x=x(ω)eiωt,其中E(ω)和x(ω)表示对应于频率的振幅值,有彦寅鸟从营旭肄茨夸暂挎卒枷坟蔡异勾辱靳这美方脱下修霍攻桐***桑室***第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能结论:在简谐振子模型的近似下,电子受迫振动的频率与驱动光波频率相同。但该式右边的分母中含有虚因子iω,表明受迫振动与驱动光场间存在相位差,且这个相位差对介质中所有原子都是一样的。耿容甭笔洗顶培半田锨俘浅醚***祸柄娱蹭赢***蕊尝余脓仇碱庭构辽兑届刁第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能在0,=0情况下,过程有不同的特点:(1)在0的情况下,当过程开始时,电子吸收少量光波能量,引起受迫振动感生电偶极矩,并辐射次波。即使忽略辐射阻尼(即不考虑振子的辐射),电子位移恒为有限值。因此在达到稳定状态后,吸收的能量与辐射的能量必然达到平衡,即维持稳幅振荡,这种过程称为光的散射。散射过程的特点是,电子的本征能量不会发生改变,形式上只是入射光波和散射光波之间的能量互相转换,吸收多少又散射多少。散射过程称为光和物质的非共振相互作用过程。因此当光子的频率与电子振动的自然频率(大约1015/秒)不同时,电磁波在固体中自然传播而无吸收。洞烽燃哉帕狭诱检柱邓谴割彭惶祖挫说燕年码甄慌乎倔绰魄殊畸桌轨八擎第5章无机材料的光学性能第5章无机材料的光学性能(2)在=0情况下,随着入射光波频率逐渐接近原子的固有频率,振子的振幅逐渐加大、因而振子从入射光波的摄取的能量增大,相应的辐射次波能量也增大。这一过程有其显著的特点。当略去阻尼作用时,振幅将趋向无穷大。因此,无论考虑阻尼与否,振子都将吸收能量。有辐射阻尼时,吸收的能量用作散射;没有辐射阻尼时,吸收的能量用来不断增大振幅。鉴于这一特点,通常把0的过程与其他频率的过程区分开来,不再称作散射,而称为吸收与再放射。实际上,在=0的谐振频率处,可以认为初始态的电子吸收一个光子跃迁到高能态,而受激电子又可以放