式中:e 为电子的电荷;r 为电子离开平衡位置的位移;ω_0 为电子的固有频率;m 为电子的质量; E 为与介质作用的光场;c 为光在真空中的传播速度;γ=10^8 Hz 为经典辐射的阻尼系数。解方程式1-2-1、1-2-2,可得介质中的电子在光场作用下的位移r:
r=(-e/m)/((〖ω_0〗^2-ω^2 )-iγω) E(z) (1-2-3)
式中:ω 为光波场的频率。对于低浓度液体或稀薄的气体,其感应电极化强度:
P=(-(Ne^2)/m)/((〖ω_0〗^2-ω^2 )-iγω) E(z) (1-2-4)
式中: N 是单位体积中原子的数量,由电磁场理论可得,极化强度与电场的关系:
P=ε_0 χE(z) (1-2-5)
比较式1-2-4和式1-2-5,可以得到介质的电极化率 χ 的表达式表示的是一个复数,可以表示为 χ=〖 χ〗^'+i χ^'',这样就可以得到实部和虚部分别为:
〖 χ〗^'=(Ne^2)/(ε_0 m) (〖ω_0〗^2-ω^2)/((〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ) (1-2-6)
χ^''=(Ne^2)/(ε_0 m) γω/((〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ) (1-2-7)源Q于W优E尔A论S文R网wwW.yOueRw.com 原文+QQ75201,8766
由麦克斯韦关系 n=√(μ_r ε_r ) 可知,介质的折射率也是复数,式中:μ_r 是介质相对磁导率;ε_r 是介质相对介电常数,大多数介质的磁性都很弱,因此可认为 μ_r≈1。假设复折射率为√(ε_r )=√(1+χ)=n+iη 式中: η 为消光系数,n 为溶液折射率,根据二项式展开定理有:
√(1+χ)=1+(Ne^2)/(〖2ε〗_0 m) (〖ω_0〗^2-ω^2)/((〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 )-(N^2 e^4)/(〖〖8ε〗_0〗^2 m^2 ) ((〖ω_0〗^2-ω^2 )^2-γ^2 ω^2)/[(〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ]^2 +i (Ne^2)/(〖2ε〗_0 m) γω/((〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 )-i (N^2 e^4)/(〖〖4ε〗_0〗^2 m^2 ) (2(〖ω_0〗^2-ω^2 )^2-γω)/[(〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ]^2 +⋯ (1-2-8)
对于光波场来说,其频率很大,当溶液的浓度不太大时,式1-2-8中的第五项后的各项均含有因子1/(γ^2 ω^3 ) ,因此第五项之后的各项可以忽略不计,因此可以得到:
n≈1+(Ne^2)/(〖2ε〗_0 m) (〖ω_0〗^2-ω^2)/((〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 )-(N^2 e^4)/(〖〖8ε〗_0〗^2 m^2 ) ((〖ω_0〗^2-ω^2 )^2-γ^2 ω^2)/[(〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ]^2 (1-2-9)
η=(Ne^2)/(〖2ε〗_0 m) γω/((〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ) (1-2-10)
由式1-2-9和式1-2-10可以得到介质的消光系数与折射率的关系为:
η≈γω/(〖ω_0〗^2-ω^2 ) (n-1+(N^2 e^4)/(〖〖8ε〗_0〗^2 m^2 ) ((〖ω_0〗^2-ω^2 )^2-γ^2 ω^2)/[(〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ]^2 ) (1-2-11)
根据朗伯定律和光强度的定义可知,吸收系数 K 与消光系数 η 的关系:
K=4π/λ η≈4πγω/λ(〖ω_0〗^2-ω^2 ) n-4πγω/λ(〖ω_0〗^2-ω^2 ) +πγω/λ(〖ω_0〗^2-ω^2 ) (N^2 e^4)/(〖〖2ε〗_0〗^2 m^2 ) ((〖ω_0〗^2-ω^2 )^2-γ^2 ω^2)/[(〖ω_0〗^2-ω^2 )+γ^2 ω^2 ]^2 (1-2-12) 最小二乘法罗丹明B溶液浓度与折射率关系的研究(3):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_195805.html