光的吸收
原子由低能態到高能態的現象
.布驗吸收律,..朗伯簡單假設推。假設頻率v,光強為I 的單色准直光束在物質中垂直經過厚度為dl的薄層時,光強的減弱dI正比於I與dl的乘積,
則積
o表示光束剛進入物質中時的光強,l表示光束垂直通過的物質層的厚度,c 稱為物質對該頻率光的線性吸收係數,其值可由實驗測定。式(1)稱為布給-朗伯定律。
布給從實驗觀察中曾指出,對於光的吸收,重要的不是物質層的厚度而是光通過的物質層中包含的吸收物質的質量,1852年A.比爾用實驗證明,對於氣體或溶解於不吸收的溶劑中的物質,線性吸收係數c 正比於單位體積中的吸收分子數,也就是正比於吸收物質的濃度с,
因而吸收定律可以寫作如下形式(比爾定律)
式中x與濃度無關的比例常數。
光的吸收
也有一些物質,當其中傳播的光束非常強時,吸收係數c變成與光強I有關,這時吸收成為非線性的(I與間關係是非線性的)。這種情況有時是由於很大一部分吸收物質的粒子轉變為激發態,並停留較長的時間,從而改變了物質的吸收性能。此外,當物質處於粒子數反轉狀態,對於某些頻率的光而言,受激輻射大於吸收時,光束在傳播中會增強。這種現象也稱為負吸收(見激光)。
光的吸收
光的吸收
在液體與固體情形,分子間的相互作用很強,c與ω的關係更加複雜。一般地說,在某些較大的頻率(波長)範圍內,c作連續的變化。這時可說物質有較寬的吸收帶(波長寬度可達幾百、幾千,甚至幾萬埃),如圖3。
一般金屬在可見光波段與紅外波段有極強的吸收性質,吸收帶很寬。光波透入金屬的厚度達到真空中波長的量級時就已完全被吸收了。
光的吸收
碳酸乙醇酸
碳酸乙醇酸
圖4中畫出按式(4)得出的典型的吸收線,其半峰值寬度等於γ。γ 越小,吸收線越窄。
在量子理論中,分子或原子在 光波輻射場的作用下,從低能態躍遷到高能態時吸收一個光子hv(見光的量子理論),這種躍遷也等效於一個具有一定固有頻率的振子。
光的吸收
在考慮金屬的吸收時要同時考慮束縛電子與自由電子的作用。對於紅外線或更低頻率的輻射,自由電子起主要作用,而對於紫外線及更高頻率的輻射,則束縛電子的作用比較顯著,這時金屬實際上表現出與電介質相似的光學性質。
電磁理論證明,當物體對某種頻率光的吸收係數很大時,它對該頻率光的反射率也大。若干電介質具有很強的吸收帶,故它們對於吸收帶附近頻率的光也有很強的反射,這稱為 選擇反射。選擇反射現象可用於確定遠紅外吸收帶的位置以及取得(隔離出)某種確定頻率的紅外線束(剩餘射線)。
例如干透的染料品紅在可見光區有強的吸收帶,在反射白光時它具有金屬的光澤,呈現黃綠色,這種顏色稱為表面色。