
【化】 optical thickness
光学厚度(Optical Thickness)是描述介质对电磁辐射衰减能力的无量纲物理量,其定义为光在传播路径中被吸收或散射的总效率。在辐射传输理论中,该参数通过比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law)定量表达: $$ tau = int_{0}^{s} sigma n , ds $$ 其中$tau$为光学厚度,$sigma$为消光截面,$n$为介质粒子数密度,$s$为传播路径长度。该公式表明光学厚度与介质密度及路径长度成正比。
在大气科学领域,光学厚度用于量化气溶胶、云层或臭氧对太阳辐射的削弱作用。例如,NASA的地球观测系统将气溶胶光学厚度(AOD)作为评估空气污染程度的核心指标,数值大于1表示大气浑浊度高,影响能见度和辐射平衡。
该术语对应的英文翻译为Optical Thickness或Optical Depth,在遥感技术标准中两者可互换使用。国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP)强调,光学厚度在激光传输、天文观测和气候模型等领域具有统一的理论定义,区别于几何厚度的物理维度概念。
光学厚度是描述光在介质中传播时因吸收和散射而衰减程度的重要参数,其定义和应用涵盖多个领域,具体解析如下:
光学厚度是一个无量纲量,表示光在介质中传播时,单位截面积上所有吸收和散射物质对辐射的总衰弱程度。例如,在大气科学中,它被定义为两个高度层之间单位截面铅直气柱内特定物质(如气溶胶)对光的削弱总量。
物理厚度与光学厚度的关系:
光学厚度 = 物理厚度 × 介质折射率($d cdot n$),其中$d$为几何厚度,$n$为折射率。
例如,四分之一光学厚度对应增透膜设计中的$d cdot n = frac{1}{4}λ$(λ为光波长)。
Lambert-Beer定律表达式:
当光通过介质时,强度衰减为$I = I_0 e^{-τl}$,其中$τl$即为光学厚度,$τ$为浊度(单位体积颗粒的消光截面之和),$l$为路径长度。
如需更专业的公式推导或领域案例,可进一步查阅大气物理学或光学工程文献。
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