
【化】 optical thickness
光學厚度(Optical Thickness)是描述介質對電磁輻射衰減能力的無量綱物理量,其定義為光在傳播路徑中被吸收或散射的總效率。在輻射傳輸理論中,該參數通過比爾-朗伯定律(Beer-Lambert Law)定量表達: $$ tau = int_{0}^{s} sigma n , ds $$ 其中$tau$為光學厚度,$sigma$為消光截面,$n$為介質粒子數密度,$s$為傳播路徑長度。該公式表明光學厚度與介質密度及路徑長度成正比。
在大氣科學領域,光學厚度用于量化氣溶膠、雲層或臭氧對太陽輻射的削弱作用。例如,NASA的地球觀測系統将氣溶膠光學厚度(AOD)作為評估空氣污染程度的核心指标,數值大于1表示大氣渾濁度高,影響能見度和輻射平衡。
該術語對應的英文翻譯為Optical Thickness或Optical Depth,在遙感技術标準中兩者可互換使用。國際純粹與應用物理聯合會(IUPAP)強調,光學厚度在激光傳輸、天文觀測和氣候模型等領域具有統一的理論定義,區别于幾何厚度的物理維度概念。
光學厚度是描述光在介質中傳播時因吸收和散射而衰減程度的重要參數,其定義和應用涵蓋多個領域,具體解析如下:
光學厚度是一個無量綱量,表示光在介質中傳播時,單位截面積上所有吸收和散射物質對輻射的總衰弱程度。例如,在大氣科學中,它被定義為兩個高度層之間單位截面鉛直氣柱内特定物質(如氣溶膠)對光的削弱總量。
物理厚度與光學厚度的關系:
光學厚度 = 物理厚度 × 介質折射率($d cdot n$),其中$d$為幾何厚度,$n$為折射率。
例如,四分之一光學厚度對應增透膜設計中的$d cdot n = frac{1}{4}λ$(λ為光波長)。
Lambert-Beer定律表達式:
當光通過介質時,強度衰減為$I = I_0 e^{-τl}$,其中$τl$即為光學厚度,$τ$為濁度(單位體積顆粒的消光截面之和),$l$為路徑長度。
如需更專業的公式推導或領域案例,可進一步查閱大氣物理學或光學工程文獻。
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