反常色散优质PPT.pptx

1、,7.3 光的色散（Dispersion of light）,M,L2,L1P1,Na,b,如果放置棱镜 P2，则由 P2 的分光作用,使得通过 P1的每一条谱线部向下移动。,红,紫,红,紫,7.3 光的色散（Dispersion of light）,M,L,1,L,2,1,PP,2,Na,b,a1,b1,7.3 光的色散（Dispersion of light）使红光一端 a1 下移最小，紫光一端 b1 下移最大，结 果整个光谱 a1b1 仍为一直线，但已与 ab 成倾斜角。,红,紫,红紫,7.3.1色散率（Dispersive power）色散率v 的定义为：波长差为1个单位的两种光折射

2、率差，即,色散率v 是用来表征介质色散程度，即量度介质折射率 随波长变化快慢的物理量。,7.3.1色散率（Dispersive power）n随波长 的变化很慢,可以用（21）式表示。对于 n变化 较快的区域，色散率定义为,选用光学材料时,应特别注意其色散率的大小。,下图给出了色散曲线 n 的变化形式。,0.997,0.998 0.9991.000 1.001 1.002 1.003,0.05,0.10,0.975,1.000,1.025,n,2,7.3.1色散率（Dispersive power）,1正常色散,折射率随着波长增加而减小的色散叫正常色散。,0.997,0.998 0.9991.

3、000 1.001 1.002 1.003,0.05,0.10,0.975,1.000,1.025,n,2,远离固有频率,的区域为正常色散区。,1正常色散,4006008001000,1.400200,1.50,1.60,nm,所有不带颜色的透明介质，在可见光区域内都表现为 正常色散。n重火石玻璃1.70轻火石玻璃,水晶冕牌玻璃,萤石,波长愈短，折射率愈大；波长愈短，折射率随波长的变化率愈大；波长一定时,折射率愈大的材料,其色散率也愈大。,400 600800 1000,1.501.400200,1.60,1.70,nm,n,重火石玻璃,轻火石玻璃 水晶冕牌玻璃,萤石,这些色散曲线的特点是：,

4、1正常色散对于正常色散的经验公式是1836年由科希提出来的：,A、B和 C是由所研究的介质特性决定的常数。这 些常数值可由手册查到。,1正常色散,当波长间隔不太大时，可只取（23）式的前两项：,1正常色散根据色散率定义可得,由于 A、B 都为正值，所以当 和色散率 v都减小。,增加时，折射率 n,2反常色散,1862年,勒鲁用充满碘蒸气的三棱镜观察到了紫光的 折射率比红光的折射率小,勒鲁称它为反常色散。,红,紫,紫,M,红N,2反常色散,孔脱发现反常色散与介质对光的选择吸收有密切联系,是介质的一种普遍现象。,在固有频率,附近的区域，光的吸收区是反常色散区。,0.997,0.998 0.9991

5、.000 1.001 1.002 1.003,0.05,0.10,0.975,1.000,1.025,n,2,2反常色散,如果把色散曲线的测量向光吸收区延伸，就会观察到 这种“反常”色散。,0.997,0.998 0.9991.000 1.001 1.002 1.003,0.05,0.10,0.975,1.000,1.025,n,2,2反常色散,在石英色散曲线测量中，在可见光区域内,测得曲线PQR，其结果与由科希公式计算的结果一致。,0,n,P,Q,T,SR科希方程,可见光区,吸收带,2反常色散,图中蓝线是测量结果，红线是计算结果。,0,n,P,Q,R,T,S科希方程,可见光区,吸收带,在吸收

6、区，由于光无法通过，n值也就测不出来了。,2反常色散,当入射光波长越过吸收区后，光又可通过石英介质，这时折射率数值很大,且随着波长的增加急剧下降。,0,n,P,Q,R,T,S科希方程,可见光区,吸收带,2反常色散,在远离吸收区时，n值变化减慢，这时又进入了另一 个正常色散区。,n,P,Q,T,SR科希方程,0可见光区吸收带科希公式又适用了，不过其常数A、B 值要相应地变化。,2反常色散电子论既能说明正常色散,又能说明反常色散,而 且还说明了反常色散的起因就是介质的吸收。,在一个较大的波段范围内都不只有一个吸收带，而是有几个吸收带，这一点已由它的吸收光谱所证 实。,2反常色散从电子论的观点看，用

7、电荷与质量分别为 ej 和 mj 的 不同带电粒子谐振子与每个频率j 相对应，这时的复 折射率的表达式应写为,2反常色散,X光区,紫外光区,可见光区,红外光区,无线光区,相应的色散曲线如图所示,它表示了介质在整个波段 内的色散特性。n,2反常色散在反常色散区的短波部分，介质的折射率出现 n 1的情况，即介质中的光速大于真空光速,这似乎 是与相对论完全对立的结果。,2反常色散实际上,只要考虑到这里讨论的光速是光波的相速度,就能够解释这种现象了。,光的相速度是指光的等相位面的传播速度，光在 介质中的群速度才表征其能量传播速度。,2反常色散只有真空中群速度才可与能量传播速度视为一致,在反常色散区内,由于色散严重,能量传播速度与群 速度显著不同，它永远小于真空中的光速。,由于反常色散区的严重色散，不同波长的单色光 在传播中弥散严重，群速度已不再有实际意义了。,对于正常色散介质（dn/d g；对于反常 色散介质（dn/d 0），g；在无色散介质（dn/d 0）中，复色波的相速度等于群速度。,