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光学中的吸收

时间:2013-07-13来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

光学中的吸收

吸收,在物理学上是光子的能量由另一个物体,通常是原子的电子,拥有的过程,因此电磁能会转换成为其它的形式,例如热能。波传导的过程中,光线的吸收通常称为衰减。例如,一个原子的价电子在两个不同能阶之间转换,在这个过程中光子将被摧毁,被吸收的能量会以辐射能或热能的形式再释放出来。虽然在某些情况下 (通常是光学中),介质会因为穿过的波强度和饱和吸收 (或非线性吸收)发生时会改变它透明度,但通常情况下,波的吸收与强度无关 (线性吸收)。
 
电磁辐射吸收的综述
电磁辐射吸收的综述
 
这个例子利用可见光的一般性讨论作为一个明确的例子。 一束白光的光源 – 多种波长的光辐射 – 聚焦在样品上 (互补色对以黄色的虚线表示)。在引人注目的例子上,与目前分子的能隙能量相匹配的光子 (在例子中是绿色的光) 被吸收并使分子被激发。其他光子的传输不受影响,如果辐射的是可见光 (400-700nm ),透射的光将呈现它的互补色。通过比较穿透光衰减的事件,可以获得吸收光谱学。
 

吸收量

有许多发法可以在确定的媒体中确认吸收的量和有效的辐射吸收效率,例如:
· 吸收系数和一些关联密切的延伸数值:
·     衰减系数:有时候,但不全然是吸收系数的代名词。
·     莫耳吸收率:也称为"莫耳消光系数",这是除以莫耳浓度得吸收系数 (参见比尔兰伯特定律)。
·     质量衰减系数:也称为"质量消光系数",这是除以密度的吸收系数;详细的请参见质量衰减系数。
·     吸收截面和散射截面分别与吸收系数和衰减系数有密切的关系。
·     消光:天文学中的消光相当于衰减系数。
· 穿透深度和趋肤深度,
· 声传播常数、衰减常数、相位常数、和复波数。
· 复折射率和消光系数。
· 复介电常数。
· AC电导度。
· 吸光率 (也称为"光密度") 和光学厚度 (也称为"光学深度"或"光深") 是测量确定的介质在确定的厚度下,光阻总功率的两个相关的参数。
· 入射光被吸收的百分比。
所有这些亮的测量,至少在某种程度上,是同样的事情:如何做好介质的吸收辐射。然而,不同领域的从业人员,在技术上倾向使用上面清单中传统的不同数量。幸运的是,很容易从一种的度量值转换成另一种度量值 (参见数学叙述的不透明度)。
 

吸收的测量

吸收率是物体吸收入多少射光的量化 (不是所有的光子都被吸收,有些是被反射或折射所取代)。这与物质的一些性质有关,可以经由比尔兰伯特定律推算。
 
精确的度量在各种不同波长的吸收量,凭借著吸收光谱学可以鉴定物质的特性,让光线从样品的一侧射入,并在所有的方向上测量离开样品的光的强度。像是紫外-可见光谱、红外光谱、和X光吸收光谱,是在频谱的不同部分,一些吸收光谱的例子。
 

应用

了解和测量电磁辐射的吸收有非常广泛的应用,下面是一些例子:
· 在气象和气候,全球和地区的温度很大的程度取决于大气层气体 (如温室效应)和地面的吸收和辐射。
· 在医学,不同组织对X射现有不同程度的吸收 (特别是骨骼),这是X射线影像的基础。一个具体的例子是使用在卫星连线设计中的计算大气电波衰减。
· 在化学和材料科学,不同的材料和分子对不同的频率有不同程度的吸收,这些参数可以用于材料的鉴定。
· 在光学,太阳眼镜、滤色镜、染料、和这一类的其它材料被设计成对特定的可见波长有一定得吸收量。
· 在生物学,光合生物需要吸收适合叶绿体活动范围的波长,使光的能量可以转换成糖和分子内的化学能量。
地球的大气层对各种波长的电磁辐射,包括可见光的透射率 (或不透明) 的粗略绘图。
地球的大气层对各种波长的电磁辐射,包括可见光的透射率 (或不透明) 的粗略绘图。
 

地球表面

地球表面对于电磁波吸收有几个重要的指标,显示出一些特殊现象,这些现象包括在地表、表水和低层大气的温度变化。在地球表面的变化,像是冰河作用、砍伐森林、极冰的融化,都会影响地球表面对电磁辐射吸收的量和选择性,相对应的,在气候上的变化,例如全球暖化也许伴随着电磁辐射吸收或反射,也就是反照率。关于电磁辐射吸收的影响对表水的温度变化规则的分析,指出与总日照和地区的反照率有关。
 

相关条目

· 羟基离子吸收
· 水的吸收
· 光合作用
· 紫外光谱
· 太阳能电池
· 反照率
 
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