2022-2023学年高二物理竞赛课件：布里渊散射

布里渊散射 布里渊散射 声波或温度梯度会引起介质密度变化，入射光与这种变化相互作用，改变了散射光频率，产生布里渊散射 布里渊散射光的频率变化小于拉曼散射的频率变化，反映介质中比分子振动和转动更低的能量特征，例如声能等 弹性散射的大致分类 分子散射 散射体线度在1/51/10波长的是瑞利（Rayleigh）散射 散射体与波长相近的散射是廷德尔（Tyndall）散射。 散射体线度大于波长的是大粒子散射或米氏（Mie）散射 瑞利散射的特点 自然光入射时，散射光具有一定程度的偏振性，且偏振性随而变化 瑞利散射定律散射光强与入射光波长的四次方成反比 自然光入射时，散射光强随观察方向而变化 瑞利散射的电偶极子模型解释 在入射光交变电磁场的作用下，大气分子中的电偶极子发出球面次波。前已给出此球面波为 此式说明，电偶极子辐射强度正比于频率的四次方，即反比于波长的四次方。晴朗天空的蔚蓝色和日出日落时天边的红色，是这一规律的表现 散射光强随观察方向的变化 入射光的自然光可以分解为x和y两个方向幅度相等的偏振分量，激发起两个振动方向为x和y的电偶极子 P点光强为x和y向电偶极子产生的光强之和 P   O y x z 散射光偏振态随角度的变化 由前图可见 在与入射光垂直的方向上，散射光是完全线偏振光 沿入射光方向上，散射光仍为自然光 其它方向上，散射光为部分偏振光 非弹性散射 在外场作用下，介质中 电偶极子可辐射出电磁波 微小粒子可发出类似弹性介质中的声波 这些波都携带能量，可与入射光波进行能量交换，由于能量交换，散射光频率相对于入射光发生变化，产生非弹性散射 拉曼散射 散射光谱中，除了有与入射光频率0相同的谱线外，还有频率为01，02，…的强度较弱的谱线，其中1，2，…对应于散射物质的分子固有振动或转动频率。这样的散射是拉曼散射 频率较低一侧的谱线称为红伴线或斯托克斯线 频率较高一侧的谱线称为紫伴线或反斯托克斯线 频率为0的光就是瑞利散射光 受激拉曼散射 反斯托克斯线反映媒质的分子结构。普通拉曼散射光强十分微弱，信号检测很困难。受激拉曼散射可大大提高拉曼散射光强度 共振拉曼散射 入射激光频率处于待测化合物的电子吸收谱带内时，拉曼散射截面可增加2到4个数量级 表面增强拉曼散射把待测分子吸附到金属表面，在激光照射下，金属表面可产生很强的电子振荡波，使得分子的拉曼散射截面增加3到6个数量级 光压计算 电磁场的动量体密度 t时间内动量面密度 动量面密度平均值 平均光压 光压计算实例 电场强度为E0的线偏光沿z轴垂直入射空气/玻璃界面，玻璃的折射率为复数 ，求玻璃受到的光压 单位时间内入射光动量面密度 反射光动量面密度 界面上单位面积所受的力，即光压为 $