如何正確地表達吸收？

文章轉自Thorlabs索雷博

在不久前的武漢光博會(huì )上，有***位客戶(hù)在參觀(guān)我們的光衰減產(chǎn)品時(shí)提到了光密度(OD)和dB的轉換問(wèn)題。

ATT30, 29~34 dB                          ND530A, OD=3.0

棱鏡對衰減器                                 中性密度濾光片

光密度(OD)的定義為：

分貝(deciBel)的衰減定義為：

請注意，上式說(shuō)明在轉換兩種衰減量時(shí)，將OD值乘以10可得到dB值，而dB值除以10可得到OD值。比如，ATT30衰減器提供約30 dB衰減，因此相當于OD等于3.0，而透過(guò)率為0.001。從下圖可以看出，對于提供衰減相似的棱鏡對和中性密度濾光片，棱鏡對不僅工作波長(cháng)范圍更寬，而且衰減曲線(xiàn)更均勻。

棱鏡對衰減器和中性密度濾光片的性能對比

巧合的是，在光譜學(xué)應用中，吸光度(absorbance)和光密度具有相同的表達式。不巧的是，在關(guān)于吸收測量的文獻中，我們可能會(huì )遇到***些容易混淆的術(shù)語(yǔ)：

absorption, absorptivity, absorptance, absorbance

Absorption(吸收)是指電磁輻射(光)在介質(zhì)中傳播時(shí)的功率損耗，其原因是光能變成了其它形式的能量，比如介質(zhì)分子極化過(guò)程中的晶格振動(dòng)(熱能)、雜質(zhì)離子的局部振動(dòng)、電子從價(jià)帶激發(fā)到導帶等。Absorption不僅表示吸收的過(guò)程，還經(jīng)常用于表示相關(guān)參數，比如吸收系數(α)，即單位長(cháng)度的吸收。

在量化吸收時(shí)，absorptivity和absorptance是同義詞，表示吸收光通量與入射光通量之比，因此可翻譯為吸收率。它是***個(gè)介于0和1之間的無(wú)量綱量，并且是物體的整體屬性，不僅取決于材料，還取決于幾何形狀。比如，表面吸收率取決于入射光的方向，由此可定義方向性吸收率和半球吸收率；半球吸收率是不同方向的平均值。此外，吸收率通常和光波長(cháng)有關(guān)。在討論黑體輻射時(shí)，通常會(huì )用到absorptivity，比如emissivity和absorptivity的關(guān)系，因此熱力學(xué)研究人員可能更喜歡使用。

令人意外的是，雖然光學(xué)總是涉及到reflectance和transmittance，即反射率和透過(guò)率，但吸收率好像不是***個(gè)常用詞。比如，在提供兩萬(wàn)多種光學(xué)產(chǎn)品的Thorlabs網(wǎng)站上，您甚至可能無(wú)法在任何頁(yè)面中找到absorptance的身影；***位客戶(hù)的留言除外。這可能是因為損耗不僅來(lái)自吸收，所以用attenuation更合適。

在Thorlabs網(wǎng)站上搜索absorptance時(shí)，網(wǎng)頁(yè)不會(huì )直接提供搜索結果，而是提示***個(gè)相似的搜索關(guān)鍵詞：absorbance，點(diǎn)擊其鏈接后將依次看到三個(gè)結果：Y形光纖束和浸入式透過(guò)率探頭、CCT系列光纖光譜儀以及四端口比色皿支架。

搜索absorbance時(shí)得到的結果

如果繼續訪(fǎng)問(wèn)透過(guò)率探頭頁(yè)面，我們可以了解怎樣搭建***套測量液體吸光度光譜的裝置，并根據比爾-朗伯定律確定樣品濃度。

吸光度測量裝置                                          透過(guò)率探頭的構造

Absorbance(吸光度)的定義為：

根據比爾-朗伯定律，吸光度為摩爾吸收系數(ε)、傳播長(cháng)度(z)和濃度(c)的乘積：

另外，半透明介質(zhì)的吸收還常用吸收系數(α)進(jìn)行量化，即單位長(cháng)度的損耗功率比。吸收系數的倒數為吸收長(cháng)度。光在通過(guò)***個(gè)吸收長(cháng)度后，強度衰減為初始值的1/e；光在通過(guò)四個(gè)吸收長(cháng)度后，強度衰減為初始值的1.8%。因此，光泵激光增益介質(zhì)的長(cháng)度通常為吸收長(cháng)度的兩到三倍(針對泵浦波長(cháng))，使泵浦光能被充分吸收。

假設沒(méi)有散射和反射損耗，光在吸收介質(zhì)中傳播yi定的長(cháng)度z后，光的透過(guò)率為exp(-αz)，由此可確定吸光度和吸收系數的關(guān)系：

雖然absorbance和absorptance可能是容易被混淆的術(shù)語(yǔ)，但是在吸收非常小的時(shí)候，這種混淆可能不是很重要，因為對數值將約等于比值。同樣令人意外的是，既然每本紅外光譜學(xué)教科書(shū)都將吸光度看作***個(gè)基本量，那么吸光度肯定很重要。但是，在幾本經(jīng)典的光學(xué)教科書(shū)中，absorbance***次都沒(méi)有被提到過(guò)，而玻恩和沃爾夫的光學(xué)原理甚至完quan沒(méi)有吸收。嗯，這真是wan美的光學(xué)材料！

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