第一章光谱学基础知识 精选文档.ppt
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第一章 光谱学基础知识 第一节 光 1 、光是一种电磁波(横波) ? 单色波的波函数 ) cos( ) / 2 2 cos( 0 0 z k E E E ? ? ? ? ? ? t z t ? ? ? ?? ) cos( 0 z k B B ? ? ? ? t ? ? 光与物质的相互作用主要是电场 E 的作用 ? 光具有能量,也具有动量 r r n c nh n c I / / ? ? ? ? 光强: ? 1905 年爱因斯坦大胆地提出了光量子的概念 2 、光的粒子性 — 光子 ? ? h ph ? k n n n = p ? ? ? ? ? ? h c h c m ph 波矢 n k ) / 2 ( ? ? ? 1 ? ? 1 , 0 ? ? ? ? 光子的自旋量子数为整数, 。 它在特殊方向上的投影用量子数 ? 表示, 它们对应于线偏振光、左旋和右旋偏振光。 ? 光子的自旋量子数为整数 1 ,是玻色子,因此允许许多光子数处于同一状态, 或称处于同一模式 。 ? 光子具有角动量,在光与物质相互作用时要遵守角动量守恒定律。当用偏振光与 原子或分子相互作用时,要用相应的选择定则去分析 ? 光的相干性,是指在不同空间点上和不同时刻的光波电场之间的 相关性 2 、光的相干性 ) 2 exp( ) ( 1 0 1 t i t i E t E ? ?? ? ? ) 2 exp( ) ( 2 0 2 t i t i E t E ? ?? ? ? ] ) c os( 1 [ 2 2 ? ? ? ? ? ? ? s t o E I ? ? 2 1 ? ? ? ? ? ? t ) ( 2 1 2 r r s ? ? ? ? ? ? )] cos( 1 [ 2 2 o s t E I ? ? ? ? ? ? ? t ? ? 如果相位差 在足够长的观察时间内维持不变,则光强可以写成 0 m in ? I 2 0 max 4 E I ? 两束光相干 常数 ? ? 2 o 2 E I t ? ? 0 ) cos( ?? ? ? ? ? s t ? ? 如果在观察时间内 随机变化,则因子 , 两束光非相干 ? 时间相干性 : 指在同一空间点上,两个不同时刻的光场之间的相 干性。 时间相干性常用 相干时间 来描述。处在相干时间间隔内的光场是 相干的。在相干时间内光波传播的距离称为 相干长度 ? 空间相干性 : 指在同一时刻,两个不同空间点上光场之间的相干性。 第二节 光在介质中的传播 1 、原子辐射的经典解释 将原子看成为一个外层价电子绕原子实转动的系统,原子实的质量很大,可将电 子的转动看作为绕固定中心的振动。 不考虑阻尼,电子的运动方程: r r e e k m ? ? ? ? ) ( 0 0 ? ? ? ? ? ? t i e r r r e ? ? 事实上,电子 ─ 原子实系统构成一个电偶极子 , 为电偶极矩。振动电偶极子 辐射阻尼。 辐射阻尼力 : r v F s ? ? ? ? ? 2 2 0 2 2 0 3 2 4 1 3 2 4 1 c e c e ?? ?? ? ? 考虑阻尼力: x c e x k x m e e ? ? ? ? ? 3 2 0 3 2 4 1 ? ? ? ? ? 小阻尼: 0 2 0 ? ? ? x x x ? ? ? ? ? 3 2 0 2 0 3 2 4 1 c m e e ? ? ? ? ? ? 阻尼系数 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? t i t x x 2 0 0 0 2 2 1 1 exp ] 2 / exp[ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? t i t E E 2 0 0 0 ) 2 ( 2 1 1 exp ] 2 / exp[ ? ? ? ? 场强 E 与 x 成正比, 辐射场强衰减,辐射功率也是衰减的, t t e c e x e c P ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 2 4 0 2 0 2 2 4 0 2 0 3 1 4 1 3 1 4 1 2 、原子系统的吸收与色散 ? 外加光场对原子的作用: 原子将作受迫振荡 。 设光场: t i e E t E ? 0 ) ( ? t i e e m eE x x x ? ? ? ? ? ? ? 0 2 0 ? ? ? 电子运动方
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