第一章 光的吸收和发射.
第一章 光波与光源 光的电磁理论 激光的原理、特性和应用 发概要
五、激光器的种类 种类分固体激光器、气体激光器、染料激光器。 固体激光器：以绝缘晶体或玻璃为工作物质。 少量的过渡金属离子或稀土离子掺入晶体或玻璃， 经光泵激励后产生受激辐射作用。主要有红宝石激 光器、钛宝石激光器、半导体激光器。 气体激光器：如He-Ne激光器、氩离子激光器、 CO2激光器、N2分子激光器等。 染料激光器：采用在适当的溶剂中溶入有机染 料作为激光器的工作物质。
3 受激吸收过程：在满足两能级之差的外来光子的 激励下，处在低能级的原子向高能级跃迁，c）图 受激辐射与受激吸收过程同时存在：实际物质 原子数很多，处在各个能级上的原子都有，在满足 两能级能量之差的外来光子激励时，两能级间的受 激辐射和受激吸收过程同时存在。当吸收过程占优 势时，光强减弱；当受激辐射占优势时，光强增强。
2、N2/ N1>1时，高能级E2上原子数大于低能级E1 上原子数，称粒子数反转分布，有dN21 > dN12，表 明光经介质传播的过程中受激辐射的光子数大于受 激吸收的光子数，宏观效果表现为光被放大，或称 光增益。能引起粒子数反转分布的介质称为激活介 质或增益介质。实现粒子数反转分布是产生激光的 必要条件。 设增益介质的增益系数为G，在此介质z处的光强 为I(z),经dz距离后光强改变dI，则dI=GIdz ，积分得 I ( z) I 0eGz I0为z=0处的光强
E2 E1 h
光发射的三种跃迁过程
1 自发辐射：处在高能级的原子以一定的几率自发的向低 能级跃迁，同时发出一个光子的过程，a）图； 2 受激辐射过程：在满足两能级之差的外来光子的激励下， 处在高能级的原子以一定的几率自发向低能级跃迁，同时 发出另一个与外来光子频率相同的光子，b）图； 两种辐射过程特点的比较： 自发辐射过程是随机的，发出一串串光波的相位、传播 方向、偏振态都彼此无关，辐射的光波为非相干光； 受激辐射的光波，其频率、相位、偏振状态、传播方向 均与外来的光波相同， 辐射的光波是相干光。
固体物理(黄昆)第一章总结
固体物理(黄昆)第一章总结.doc固体物理（黄昆）第一章总结固体物理学是一门研究固体物质微观结构和宏观性质的学科。
黄昆教授的《固体物理》一书为我们提供了深入理解固体物理的基础。
本总结旨在概述第一章的核心内容，包括固体的分类、晶体结构、晶格振动和固体的电子理论。
一、固体的分类固体可以根据其结构特征分为晶体和非晶体两大类。
晶体具有规则的几何外形和有序的内部结构，而非晶体则没有长程有序性。
晶体又可以根据其内部原子排列的周期性分为单晶体和多晶体。
二、晶体结构晶体结构是固体物理学的基础。
黄昆教授详细讨论了晶格、晶胞、晶向和晶面等概念。
晶格是描述晶体内部原子排列的数学模型，而晶胞是晶格的最小重复单元。
晶向和晶面则分别描述了晶体中原子排列的方向和平面。
三、晶格振动晶格振动是固体物理中的一个重要概念，它涉及到晶体中原子的振动行为。
黄昆教授介绍了晶格振动的量子化描述，包括声子的概念。
声子是晶格振动的量子，它们与晶体的热传导和电导等性质密切相关。
四、固体的电子理论固体的电子理论是固体物理学的核心内容之一。
黄昆教授从自由电子气模型出发，介绍了固体中电子的行为和性质。
自由电子气模型假设电子在固体中自由移动，不受原子核的束缚。
这一模型可以解释金属的导电性和热传导性。
五、能带理论能带理论是固体电子理论的一个重要组成部分。
黄昆教授详细讨论了能带的形成、能隙的概念以及电子在能带中的分布。
能带理论可以解释不同固体材料的导电性差异，是现代半导体技术和电子器件设计的基础。
六、固体的磁性固体的磁性是固体物理中的另一个重要主题。
黄昆教授讨论了磁性的来源，包括原子磁矩和电子自旋。
磁性固体可以分为顺磁性、抗磁性和铁磁性等类型，它们的磁性行为与电子结构密切相关。
七、固体的光学性质固体的光学性质涉及到固体对光的吸收、反射和透射等行为。
黄昆教授介绍了固体的光学性质与电子结构之间的关系，包括光的吸收和发射过程。
八、固体的热性质固体的热性质包括热容、热传导和热膨胀等。
光电子物理基础第一章-物质中光的吸收和发射
• 有限范围内成立；需修正
2)禁戒的直接跃迁 • 在某些材料中，k=0的直接跃迁是禁止 的,k≠0的直接跃迁是允许的， Wif正比于k2， 正比于(hν-Eg)，则αd＝α(hν-Eg)3/2，其中
α = 2 / 3 ⋅ B(2mr / m) f if' / hνf if
直接跃迁的吸收系数随频率的 变化
1.3.2 激子吸收
基本吸收中，认为被激发电子变成了导带中自 由粒子，价带中产生的空穴也是自由的。但是 受激电子与空穴会彼此吸引(库仑场)，有可能 形成束缚态，称为激子。电中性 能在晶体中自由运动的激子称自由激子，又称 瓦尼尔(Wannier)激子。不能自由运动的激子 称束缚激子，又称弗伦克尔(Frankel)激子。
1/ 2
1.3.3 杂质吸收
三个方面 1）从杂质中心的基态到激发 态的激发，可引起线状吸收 谱。 2）电子从施主能级到导带或 从价带到受主能级的吸收跃 迁 红外区
3)从价带到施主能级或从被 电子占据的受主能级到导 带的吸收跃迁。 几率小。 浅受主能级到导带的跃迁 吸收跃迁系数
α = AA N A (hν − E g + E A )1/ 2
中红外范围内，自由载流子吸收按λ2规 律变化。近红外区不再适用。 电子在导带中跃迁，不同能量状态间跃 迁，则必须改变波矢量，为了动量守恒， 电子动量的改变可由声子或电离杂质的 散射来获得补偿。 近红外区域，M.Becker等人指出①电子 受到声学声子散射， α ∝λ1.5②电子受到 光学声子散射， α ∝λ2.5 ③受杂质散射， α ∝λ3∼3.5
（1）允许的跃迁 （2）禁止的跃迁
3)布尔斯坦-莫斯移动 重掺杂半导体的本 征吸收限向高频方 向移动，布尔斯坦 －莫斯移动 4)带尾效应 • 直接跃迁吸收系数 的光谱曲线，吸收 系数随光子能量减 小呈指数衰减
光谱分析技术及应用.doc
第一章绪论第一节光学分析的历史及发展1．吸收光谱：由于物质对辐射的选择性吸收而得到的光谱。
2．发射光谱：构成物质的各种粒子受到热能、电能或者化学能的激发，由低能态或基态跃迁到较高能态，当其返回基态时以光辐射释放能量所产生的光谱。
第二章光谱分析技术基础第一节电磁辐射与波谱1．电磁辐射的波动性（1）散射丁铎尔散射和分子散射两类。
丁铎尔散射：当被照射试样粒子的直径等于或大于入射光的波长时。
分子散射：当被照射试样粒子的直径小于入射光的波长时。
分为瑞利散射（光子与分子相互作用时若没有能量交换）和拉曼散射（有能量交换）。
（2）折射和反射全反射：当入射角增大到某一角度时，折射角等于90，再增大入射角，光线全部反射回光密介质中，没有折射。
（3）干涉当频率相同，振动方向相同，周相相等或周相差保持恒定的波源所发射的电磁波互相叠加时，会产生波的干涉现象。
（4）衍射光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象。
2．电磁波的粒子性光波长越长，光量子的能量越小。
光子：一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。
电子吸收一个光子后，能量会增加，一部分用来挣脱束缚，一部分变成动能。
3．物质的能态当物质改变其能态时，它吸引或发射的能量就完全等于两能级之间的能量差。
从低能态到高能态需要吸收能量，是为吸收光谱，即吸光度对波长或频率的函数。
从高能态到低能态需要释放能量，是为发射光谱。
第二节原子吸收光谱分析1．当原子吸引能量的时候，按能量数量使核外电子从一级跃迁到另一级，这与吸收的能量有关。
吸收能量的多少与原子本身和核外电子的状态有关。
第三节 分子吸收与光谱分析1．分子吸收与原子的不同在于，分子还需要转动跃迁、振动跃迁、电子跃迁等几个能级。
2．朗伯-比尔（Lambert-Beer ）法则：设某物质被波长为λ、能量为的单色光照射时，)(0λI 在另一端输出的光的能量将出输入光的能量低。
考虑物质光程长度为L 中一个薄层)(λt I ，其入射光为，则其出射光为。
《光学》全套课件
Δ
=2en2
(
1 cosγ
sin2 γ) +λ cosγ 2
Δ
=
2en2
c
os
γ
+
λ 2
Δ =2e n22
n12
sin2 i +λ 2
干涉条件
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
k 1,2, 加强（明）
( 2k 1 ) 2 k 0,1,2, 减弱（暗）
额外程差的确定 不论入射光的的入射角如何
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d <<D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为:
x =kλ D d
x = 2k +1 λ D 2d
明条纹中心的位置 暗条纹中心的位置
k =0,±1,±2L
2 洛埃镜
E
S1
d
S2
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm
折射率
n=c = u
εrμr
青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
u = c ,λ = λ0 nn
§1-2 光源 光的相干性
一、光源
1.光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
§1-3 光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 两束相干光通过不同的介质时, 位相差不能单纯由几何路程差决定。
第1-1章 光的吸收和发射
——E与K垂直，横波 对于每一个 有两个独立的偏振方向 即，每组确定的（n1，n2，n3）表示两个腔模
m （最高频率）
模式数目:
N (m )
2 1 8
4
3
( Lm c
)3
1 3
L3m3 2c3
1/8球
在一定频率范围内，单 位体积的模数:
如，通过测量吸收或发射谱线的强度，可以给出宇宙中恒 星气体或星际空间中元素的浓度；比较同一元素、不同谱 线的强度，可以给出热平衡条件下，辐射物体的温度等。
1、自发发射（spontaneous emission）
一个分子由激发态Ei跃迁到低能级态Ek的自发辐射跃迁几率为
dPiks dt
Aik
总跃迁几率 Ai Aik
k
dt时间后，Ei能级减少的粒子数为
dNi Ai Nidt
积分得
Ni
(t)
N e Ait i0
能级Ei的平均自发寿命： i
1 Ai
Ni个分子在跃迁中发射的功率为，
dWik / dt Nih ik Aik
2、碰撞感生无辐射跃迁 collison-induced radiationless transitions
N m gn exp( m n )
Nn gm
kBT
√ 较高能级m上的原子数总是小于较低能级n上的原子数；
√ 如果m和n能量间隔很大，激发态m上的布居可以少到可以忽略。
2、爱因斯坦跃迁几率
自发辐射：处于激发态的原子在没有外界的 E2 , N2
影响下，以辐射的方式返回基态的过程
第一章 激光基本原理--Part1
• 在物质与辐射场的相互作用中，构成物质的原子 或分子可以在光子的激励下产生光子的受激发射 或吸收。 • 粒子数反转：能利用受激发射实现光放大 • 受激辐射光子与激励光子具有相同的频率、方向、 相位、偏振态，是相干光。
Einstein
1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受 激辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢 原子光谱研究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖； "for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum" 1950年，Kastler提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实 现。他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而 获得诺贝尔奖。 "for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms"
1966年研制成了固体锁模激光器获得了超短脉冲。 1970年研制成了准分子激光器。 1977年研制成了红外波段的自由电子激光器 （FEL） 1984年研制出光孤子激光器（SL） 美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员于1992年研 制出当时世界上最小的固体激光器，它在扫描电子显微 镜下看起来就像一个个微型图钉，其直径只有 2 至 10 微 米。在一个大头针的针头上，可以装下1万个这样的新型 半导体激光器。
DARPA built the megawatt-class Alpha HF chemical laser during the 1980s
An electron-beam pumped ArF laser experiment at Sandia National Laboratories (1975, Courtesy Sandia National Labs)
光电信息技术 光电发射效应
§1.1.2 光电发射效应
物体受到光照后向外发射电子的现象称为外光电效应
或称光电发射效应，这种多发生于金属和金属氧化物。在 第
光电器件中，光电管、光电倍增管和某些光电器件都是建 一
章
立在光电发射效应基础上的。
光
光电发射效应的几个规律。其中主要的基本定律和性质有： 电
1、光电发射第一定律
信
当入射光线的频谱成分不变时，光电阴极的饱和光电
息 技
发射电流 IK 与被阴极所吸收的光通量ΦK 成正比。即
术
IK = SK ΦK
物 理
式中SK 为表征光电发射灵敏度的系数。这个关系式看上去 基
第 一 章
定了外光电效应器件具有很高的频响。
根据光量子理论，每个电子的逸出都是由于吸收了一 光
个光子能量的结果，而且一个光子的全部能量都由辐射转 变成光电子的能量。因此，光线愈强，也就是作用于阴极 表面的量子数愈多，这样就会有较多的电子从阴极表面逸
电 信 息 技
出。同时，入射光线的频率愈高，也就是说每个光子的能 术
以上的结论严格说来是在绝对零度时才是正确的。
因为随着温度的增加。阴极材料内电子的能量亦将提高， 第
而有可能在原来的红限以下即已逸出表面。但是，实际上 一 由于温度提高时这种具有很大能量的电子数目为数很少， 章
因此，爱因斯坦方程和红限的结论对大多数金属来说仍是 光
正确的。
电 信
最早的时候，认为光电发射效应只发生在阴极材料的 息
第 一 章
光电子学第一章
一、光波和光子
光的粒子性—光子
光是粒子 它具有能量E 和动量P
按爱因斯坦假设 能量 E=h，因为E=mc2
P E h h
子运动，使其减速，从而降
光学粘胶的实验系统
低了原子温度。
1995年，24pK(2.4×10-11K)
一、光波和光子
日本的“伊卡洛斯”太阳帆
“太阳帆”是“依靠太阳辐射加速的星 际风筝-飞行器 ”的缩写，发音听起来
很像是希腊神话人物伊卡洛斯 （Icarus），他曾借助鸟羽飞翔。
美国“光帆1号”
由特种铝材和太空塑料制成，总重量 不超过4.5公斤。由四个小帆板组成， 530．93平方米，厚度小于50μm，光压
h h 1.781010 (米)
2mE 2mk BT
常温下中子的波长大约比光波长小三个数量级。
一、光波和光子
粒子的波动性
速度为10米/秒的棒球，质量为1.0kg。试求其德布洛
意波长?
h p
h mv
6.61034焦耳 秒 1.010千克米/ 秒
6.6 1035 米
电子显微镜的线分辨率约等于德布洛意波长，使用的 电压为100仟伏，求这台电子显微镜的理论极限?
光子动量：
c c
光子质量： m E h 1
c2 c
光子质量与波长成反比
一、光波和光子
粒子的波动性
1924年法国物理学家德布洛意(de Broglie)在光的二象性的 启发下，提出实物粒子，例如：电子、原子、中子等也具 有波粒二象性的假设。粒子的能量E和动量P与 “粒子波” 的频率ν和波长λ之间，德布洛意借用了光子的波粒二象关 系式把物质波也表示为：
周炳坤激光原理与技术课件第一章 激光的基本原理
1 Lc = cΔt = cτ c = c Δν
τ c 即相干时间。对波列进行
频谱分析的频带宽度：
I (ν0 )
I (ν )
1 Δν = Δt
I (ν 0 ) 2
Δν
Δν 是光源单色性的量度： 1 Lc = cΔt = c Δν
相干时间与频带宽度的关系为：
ν0
ν
（1.1.16）
τ c = Δt =
1 2
cπ ⎛ m 2 n2 q 2 ⎞ ωmnq = ⎜ 2 + 2 + 2 ⎟ η ⎝ 4a 4b l ⎠ 结论：不考虑偏振态的情况下，一组(m、n、q)值 对应一个模，求出(m、n、q)值的数目就可以得到 空腔中的模数
1 2
（二）、波矢空间和模密度 1、波矢空间 ——用 k x 、 y 、 z 作为坐标建立的空间称为波矢空间 k k
2
ν
k=
2π
λ
=
2πνη c
2πη dk = dν c
模密度 nν ——单位体积内在频率ν 处单位频率间隔内的模式数：
Nν 8πν 2η 3 = nν = Vdν c3
（*）
（三）、光子状态相格
光子的运动状态，受量子力学测不准关系制约——微观粒子 的坐标和动量不能同时准确测定，遵循测不准关系：
一维： 三维：
Δk z =
π
l
⎛ 2π ⎞ 且有： k = k + k + k = ⎜ ⎟ ⎝ λ ⎠ 2 ⎛ 2 ⎞ m2 n2 q2 = + 2 + 2 ⎜ 2 ⎜ λ mnq ⎟ ⎟ 4a 4b l ⎝ ⎠
2 2 2 x 2 y 2 z
ν mnq
c ⎛ m2 n2 q 2 ⎞ = ⎜ 2+ 2+ 2 ⎟ l ⎠ 2η ⎝ 4a 4b
光是怎样传播的教案
光是怎样传播的教案第一章：引言教学目标：1. 让学生了解光的传播是一个重要的物理现象。
2. 激发学生对光传播的兴趣和好奇心。
教学内容：1. 光的定义和特性2. 光的传播方式教学方法：1. 讲授法：讲解光的定义和特性，光的传播方式。
2. 提问法：引导学生思考光的传播与我们生活的关系。
教学步骤：1. 导入新课：通过简单的日常现象，如太阳光照到地球上，引发学生对光传播的思考。
2. 讲解光的定义和特性：光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
3. 讲解光的传播方式：光在同种均匀介质中沿直线传播，光在不同介质中的传播速度不同。
教学评价：1. 课堂问答：学生能回答光的定义和特性，光的传播方式。
2. 课后作业：布置相关练习题，让学生巩固所学内容。
第二章：光的传播速度教学目标：1. 让学生了解光在不同介质中的传播速度。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
教学内容：1. 光在真空中的传播速度2. 光在其他介质中的传播速度教学方法：1. 讲授法：讲解光在真空中的传播速度，光在其他介质中的传播速度。
2. 实验法：引导学生进行实验，观察光在不同介质中的传播速度。
教学步骤：1. 讲解光在真空中的传播速度：光在真空中的传播速度为3×10^8 m/s。
2. 讲解光在其他介质中的传播速度：光在其他介质中的传播速度都小于在真空中的速度。
3. 实验演示：让学生观察光在不同介质（如空气、水、玻璃）中的传播速度。
教学评价：1. 课堂问答：学生能回答光在真空中的传播速度，光在其他介质中的传播速度。
2. 实验报告：学生能根据实验结果，分析光在不同介质中的传播速度。
第三章：光的折射教学目标：1. 让学生了解光从一种介质进入另一种介质时的折射现象。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
教学内容：1. 折射现象的定义2. 折射定律教学方法：1. 讲授法：讲解折射现象的定义，折射定律。
2. 实验法：引导学生进行实验，观察光的折射现象。
光电子技术基础 第二版 (朱京平 著) 科学出版社 课后答案
第一章绪论1.光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件。
光源器件分为相干光源和非相干光源。
相干光源主要包括激光和非线性光学器件等。
非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。
光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。
光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。
光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器、各种传感器等。
光存储器件分为光盘(包括CD 、VCD 、DVD 、LD 等)、光驱、光盘塔等。
2．谈谈你对光电子技术的理解。
光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。
3．谈谈光电子技术各个发展时期的情况。
20世纪60年代，光电子技术领域最典型的成就是各种激光器的相继问世。
20世纪70年代，光电子技术领域的标志性成果是低损耗光纤的实现，半导体激光器的成熟特别是量子阱激光器的问世以及CCD 的问世。
20世纪80年代，出现了大功率量子阱阵列激光器；半导体光学双稳态功能器件的得到了迅速发展；也出现了保偏光纤、光纤传感器，光纤放大器和光纤激光器。
20世纪90年代，掺铒光纤放大器(EDFA)问世，光电子技术在通信领域取得了极大成功，形成了光纤通信产业；。
另外，光电子技术在光存储方面也取得了很大进展，光盘已成为计算机存储数据的重要手段。
21世纪，我们正步入信息化社会，信息与信息交换量的爆炸性增长对信息的采集、传输、处理、存储与显示都提出了严峻的挑战，国家经济与社会的发展，国防实力的增强等都更加依赖于信息的广度、深度和速度。
⒋举出几个你所知道的光电子技术应用实例。
如：光纤通信，光盘存储，光电显示器、光纤传感器、光计算机等等。
科学光单元教案
科学-光-单元-教案第一章：光的概述教学目标：1. 了解光的定义和特性。
2. 掌握光的传播方式和速度。
3. 理解光的反射和折射现象。
教学内容：1. 光的定义和特性：介绍光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
2. 光的传播方式：讲解光的直线传播和波动传播。
3. 光的速度：介绍光在真空中的速度为299,792,458米/秒。
4. 光的反射和折射现象：解释光的反射定律和折射定律。
教学活动：1. 引入光的定义和特性，引导学生思考光的日常生活中的应用。
2. 通过实验或图片展示，让学生观察光的传播方式和效果。
3. 讲解光的速度，引导学生进行相关计算练习。
4. 通过实验或模拟实验，让学生观察光的反射和折射现象。
第二章：光的折射教学目标：1. 理解折射现象的原理。
2. 掌握折射定律及其应用。
3. 能够计算光的折射角度。
教学内容：1. 折射现象的原理：介绍光从一种介质进入另一种介质时速度改变导致方向改变的现象。
2. 折射定律：讲解斯涅尔定律，即n1sin(θ1) = n2sin(θ2)，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。
3. 折射定律的应用：介绍透镜和眼镜的制作原理。
4. 计算光的折射角度：引导学生进行折射角度的计算练习。
教学活动：1. 引入折射现象的原理，引导学生思考折射在日常生活中的应用。
2. 通过实验或模拟实验，让学生观察光的折射现象。
3. 讲解折射定律及其应用，引导学生进行相关计算练习。
第三章：透镜和光学仪器教学目标：1. 了解透镜的类型和特性。
2. 掌握透镜的光学性质和应用。
3. 了解常见光学仪器的原理和构造。
教学内容：1. 透镜的类型：介绍凸透镜和凹透镜的定义和特点。
2. 透镜的光学性质：讲解焦距、放大倍数和像距等概念。
3. 透镜的应用：介绍透镜在眼镜、相机和显微镜等光学仪器中的应用。
4. 常见光学仪器的原理和构造：讲解相机、显微镜和望远镜等光学仪器的原理和构造。
教学活动：1. 引入透镜的类型和特性，引导学生思考透镜在日常生活中的应用。
分子光谱基础
(3) 若在稍高于 3000 cm?1有吸收, 则应在 2250 ~ 1450 cm?1 频区 分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰
3）1710 cm?1，C=O， 2820，2720 cm?1，醛基
4）结合化合物的分子式 此化合物为间甲基苯甲醛
例2 C3H4O
1）不饱和度： (3?2?2?4)?2=2 可能为烯，炔及含有羰基的化合物
2）3300 cm?1 处宽带，羟基
结合 1040 cm?1 处的吸收，可推测含有O-H,
4-4-3磁共振谱4
第一章 分子光谱基础
1.分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉曼光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所形成的演变关系，称为分子光谱。
8.造成线宽的原因：1.自然致宽2. Doppler致宽
9.所有分子都有电子光谱
10.电子能级之间的跃迁伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以电子光谱是由许多振动谱带组成的谱带系谱项能量
第二章 红外和拉曼光谱
A 3355 C 1373,1355 偕二甲基
电子运动方程决定了分子的电子光谱。
4.分子的总能量主要由以下三项组成
5.转动光谱：同一振动态内不同转动能级之间跃迁所产生的光谱。转动能级的能量差在10-3~10-6eV，故转动频率在远红外到微波区，特征是线光谱。
6.振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光谱。振动能级的能量差在10-2-1eV，光谱在近红外到中红外区。由于振动跃迁的同时会带动转动跃迁，所以振动光谱呈现出谱带特征。
10.电子能级之间的跃迁伴随着振动能级和转动能级的跃迁，所以电子光谱是由许多振动谱带组成的谱带系谱项能量
《吸光光度法教案》课件
《吸光光度法教案》PPT课件第一章：引言1.1 吸光光度法的定义1.2 吸光光度法在分析化学中的应用1.3 吸光光度法的原理1.4 吸光光度法的仪器与操作步骤第二章：吸光光度法的原理2.1 光的吸收与发射2.2 朗伯-比尔定律2.3 摩尔吸光系数2.4 吸光度的计算与单位第三章：分光光度计的结构与操作3.1 分光光度计的组成部分3.2 分光光度计的操作步骤3.3 光谱仪的使用与维护3.4 波长的选择与调整第四章：标准曲线的制备与分析4.1 标准曲线的制备方法4.2 标准曲线的绘制与分析4.3 样品浓度的计算与误差分析4.4 实际案例分析：药物含量测定第五章：吸光光度法的应用5.1 环境监测中的应用5.2 生物化学中的应用5.3 食品分析中的应用5.4 临床诊断中的应用第六章：吸光光度法的准确度与精确度6.1 准确度的评估6.2 精确度的评估6.3 干扰因素及其影响6.4 提高吸光光度法准确度的方法第七章：溶液的制备与处理7.1 溶液的配制方法7.2 溶液的浓度与体积的计算7.3 样品的前处理与分离7.4 样品分析中的常见问题与解决方法第八章：光散射与吸光光度法8.1 光散射现象的介绍8.2 光散射对吸光光度法的影响8.3 光散射的测定与分析8.4 光散射在吸光光度法中的应用案例第九章：吸光光度法在药物分析中的应用9.1 药物分析中的重要性9.2 药物的紫外吸收特性9.3 药物含量测定的方法与步骤9.4 实际案例分析：药物制剂中主成分的测定第十章：现代吸光光度法技术进展10.1 光纤吸光光度法10.2 微透析吸光光度法10.3 激光吸光光度法10.4 在线监测与自动化分析技术第十一章：吸光光度法在有机合成中的应用11.1 有机化合物的紫外吸收特性11.2 有机合成中光催化反应的监控11.3 有机物含量的测定与分析11.4 实际案例分析：有机合成产物的纯度测定第十二章：吸光光度法在材料科学中的应用12.1 材料科学中的光吸收现象12.2 吸光光度法在材料合成与表征中的应用12.3 材料性能与吸光性质的关系研究12.4 实际案例分析：纳米材料粒径的测定第十三章：吸光光度法在生命科学中的应用13.1 生物大分子的紫外吸收特性13.2 蛋白质浓度与纯度的测定13.3 核酸的定量分析与监测13.4 实际案例分析：细胞培养中的营养物质监测第十四章：吸光光度法在环境监测中的应用14.1 环境污染物的紫外吸收特性14.2 水质分析与监测14.3 大气污染物分析与监测14.4 实际案例分析：水体中有机物的总量测定第十五章：实验与练习15.1 吸光光度法的基本实验操作15.2 标准曲线与样品分析的实验操作15.3 常见干扰因素的实验探究15.4 综合实验练习：饮料中维生素C含量的测定重点和难点解析重点：1. 吸光光度法的定义、原理及其在分析化学中的应用。
探究光的反射和折射现象的原理和应用
了解光的特性
光作为电磁波，具有 直线传播、反射和折 射、干涉和衍射等特 性。这些特性使得光 在各个领域均有重要 应用。
比较光的反射和折射
反射
光遇到平面镜时发生反射 反射角等于入射角
折射
光从一种介质进入另一种 介质发生折射 折射率与介质性质有关
比较
反射是在同一介质中的现 象 折射是在不同介质间的现 象
搭建实验
准备凸透镜 选取适当的光源 调整角度
观察临界角
逐渐改变入射角 记录反射角度 确定临界角
讨论全反射现象
分析实验结果 探讨全反射现象产生的原 因 思考应用领域
总结
全反射现象是光学中重要的现象，通过学习全反 射的原理和应用，我们可以更好地理解光的传播 规律并应用于各个领域。继续深入研究和实践全 反射现象，将有助于推动光学技术的发展和创新。
探究光学的乐趣
实验和观察的乐趣 发现新奇现象的乐趣 解决问题的乐趣
感谢观看
THANKS
建好实验装置
分析实验数 据
根据实验结果分 析折射现象的规
律和特点
测量折射率
通过测量实验数 据计算不同介质
的折射率
● 04
第四章 光的全反射现象
全反射的原理
全反射是光线从光密 介质射向光疏介质时， 当入射角大于临界角 时，光线将全部反射 回光密介质中的现象。 全反射现象的条件包 括入射光从光密介质 射向光疏介质，并且 入射角大于临界角。 全反射的应用广泛， 如光纤通信、医学成 像等领域。
03 色散在光学仪器中的应用
色散技术在光学仪器中起到关键作用，提高 了光学设备的精准度和效率。
色散实验
进行色散实验可以观 察不同波长的光在介 质中的色散情况，通 过实验数据分析可以 揭示色散现象的原因， 为光学研究提供重要 参考。
光的吸收和发射
光的吸收和发射光，作为一种电磁波，是我们日常生活中不可或缺的存在。
它让我们看到身边的事物，体验世界的美妙。
然而，你是否曾想过，为什么我们能够看到物体，而它们又是如何通过光线与我们产生联系的呢？这涉及到光的吸收和发射的过程。
光的吸收是指物体吸收光的能量。
当光线照射到物体表面时，它们与物体分子之间发生相互作用。
物体吸收光的能力与其成分有关。
在这个过程中，物体吸收的光会被物体原子或分子的电子激发，它们会跃迁到更高的能级。
这种激发电子的能力取决于光的频率。
不同频率的光对应着不同的颜色，因此我们能够看到的物体颜色也是由于它们吸收了一部分光而反射或传递了另一部分。
光的发射是指物体将吸收的能量释放出来。
当物体的电子回到低能级时，它们会向周围环境发射能量，这就是光的发射。
发射的光的频率和颜色取决于物体的特性。
例如，当我们看到一个发出红光的物体时，它实际上是通过吸收其他频率的光并发射红光来表现出来的。
除了吸收和发射外，还有一种与光的交互作用方式——散射。
散射是指当光通过物体时，它会与物体表面的微小不规则结构发生相互作用，导致光线改变方向。
这也是我们看到天空为蓝色、云朵为白色和夕阳为红色的原因。
蓝色光散射得更强，因此我们看到天空呈现蓝色。
云朵由于微小的水蒸气冰晶使光散射，看起来呈现白色。
夕阳时，光经过大气层更长距离，所以除了蓝色光被散射外，还有红色光被散射得较强，从而呈现出红色。
光的吸收和发射对我们理解物质世界起着重要的作用。
通过研究光与物体相互作用的方式，我们可以了解物体的特性。
例如，光的吸收和发射过程在太阳能电池中起着关键作用，光能被吸收后被转化为电能。
另外，也有许多材料因为其特殊的光吸收和发射特性而被应用于夜视仪、激光以及其他光电器件。
在现代科学技术的发展中，我们对光的吸收和发射的研究也日益深入。
通过使用先进的实验技术和理论模型，科学家们能够更好地理解光与物质之间的相互作用机制，这有助于解决一些复杂的科学问题，并为创新技术的发展提供基础。
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振子强度
Nfik N
k
fik 1
k
钠原子能级图
1.5 跃迁几率
自发辐射
dPikspont dt
Aik
总跃迁几率
Ai Aik
k
能级 Ei 的平均自发寿命
i
1 Ai
Ni个分子发生跃迁 Ei Ek 而发射的辐射功率
dWik / dt Nih ik Aik
Z
配分函数 Z exp(qh / kT)
q
每个模的平均能量
W p(q)qh 1 qh exp(qh / kT )
h
q0
Z q0
exp(h / kT ) 1
能量密度
( )d
8 2
c3
h
eh / kT
d
1
1.3 自发辐射、受激辐射和受激吸收
碰撞感生无辐射跃迁
dpickoll dt
vNB
coll ik
其中
受激辐射
平均寿命
eff i
v 8kT
dpiiknd dt
( ik )Bik [Ni (gi / gk )Nk ]
1
eff i
k
[ Aik
(ik )Bik [Ni
(gi
/
gk )Nk
]
N coll B ik
8kT ]
1.6 线性吸收和非线性吸收
强度为I的波沿z方向通过吸收样品时，强度衰减：
dI Iik [Ni (gi / gk )Nk ]dz
i)
n n i
克喇末-克朗尼格色散关系
n
1
Nq2
2 0 m
(02
02 2 2)2
2 2
Nq2
20m (02 2 )2 22
克喇末-克朗尼格色散关系
n
1
Nq2
20m
(02
02 2 2)2
2 2
2. W.戴姆特瑞德，《激光光谱学：基本概念和仪器手 段》， 科学出版社，北京，1989
3. A.科尼，《原子光谱学和激光光谱学》，科学出版社， 北京，1984
4. 光的量子论，R. Loudon, 1992
第一章 光的吸收和发射
1.1 腔模
立方腔
2 E(r , t)
1 c2
2 E(r , t) t 2
E0 exp(2 z / 0 ) exp[ik0 (ct nz)]
描述光强的衰减
dI Idz
其中 是吸收系数
dI Idz
当吸收系数与光强无关时 线性吸收的Beer定律 I (z) I0e z
E E0 exp(2 z / 0 ) exp[ik0 (ct nz)]
3
( Lm c
)3
1 3
L3m3 2c3
在一定频率范围内，单 位体积的模数:
n()d
2 2c3
d
n( )d
8
c3
2
d
1.2 热辐射和普朗克定律
光子
h
辐射场吸收和发射的能量只能是 qh
一个模含有能量 qh 的几率
p(q) 1 exp(qh / kT )
极化强度 折射率
P 0 E 0 E0eit n (1 )1/2
得到折射率
n2
1
Nq2
0m(02 2
i)
在压强足够低的气体介质中，折射率接近于1
这时，可以近似： Nq2
n 1 20m(02 2 i)
n
1
2
Nq2
0m(02 2
激光光谱学
奚婷婷 中国科学院研究生院物理学院
课程要求: 30%平时+70%笔试 office hour: 周三3、4节，N606 联系方式: ttxi@
参考书:
1.Wolfgang Demtröder, Laser Spectroscopy: Basic Concepts and Instrumentation 3rd Edition Spinger-Verlag Berlin Heidelberg New York
8 0 m0
(0
)2 (
/
2)2
n
1
Nq2
4 0 m0
(0
0 )2 (
/ 2)2
在分子跃迁中心频率附近的色散关系
电磁波
n n i E E0 exp[i(t kz)]
k k0n
E E0 exp(k0 z) exp[i(t k0nz)]
E(r,t) 0
E Ap exp[i(pt kp r )] c.c.
p
k L (n1, n2, n3)
驻波
腔模
k E0
对于每一个 k E 有两个独立的方向 每组 (n1, n2 , n3 ) 对于两个腔模
m
模的数目:
N (m )
2 1 8
4
1.4 吸收和色散
折射率的经典模型
其中
mx&& bx& Dx qE0eit
x
x0eit
qE0eit
m(02 2 i)
b/m
02 D / m
电偶极矩 极化强度
p
qx
q 2 E0eit
m(02 2
i)
P
Nqx
Nq 2 E0eit
m(02 2 i)
,
Nq2
20m (02 2 )2 22
在分子跃迁频率0附近的范围内 ( 0 0)
色散关系简化为：
n
1
Nq2
4 0 m0
(0
0 )2 (
/ 2)2
Nq2
8 0 m0
(0
)2 (
/ 2)2
Nq2
A21, B21与B12统称为爱因斯坦系数
爱因斯坦系数的关系 (A21, B21与B12)
考虑一个达到热平衡的空腔系统
组成腔壁的粒子吸收和发射的光子数相等
各能级粒子数符合玻尔兹曼分布
空腔中的辐射场将有一个稳定的分布
A21 8 hv3
B21
c3
B12 g1 B21g2
T
热辐射场中每个模的平均光子数
自发辐射 受激辐射 受激吸收
E2 , N2 E1, N1
h E2 E1
h E2 E1
h E2 E1
dP2s1pont dt
A21
dP21 dt
B21( )
dP12 dt
B12( )
A21自发辐射系数 B21受激辐射系数 B12受激吸收系数
光能密度