2-2 光与物质相互作用

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双光子共振条件-概述说明以及解释

双光子共振条件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述双光子共振是一种重要的光学现象，它涉及到光子之间的相互作用过程。

在这种过程中，两个光子同时被吸收或发射，产生强烈的相互作用效应。

这种共振条件是一种非线性光学效应，能够在很多领域中得到广泛应用。

双光子共振的研究始于20世纪初，当时科学家们对光子的特性和行为进行了深入的探索。

通过实验观察到，当两个光子的能量级别相当时，它们之间存在相互作用的可能性。

而当两个光子的能量差距较大时，它们之间的相互作用将会很弱，难以观测到明显的效应。

随着技术的不断进步，科学家们能够更加精确地研究和控制光子的行为。

他们发现，在特定的条件下，双光子共振可以被放大到极高的程度。

这种现象不仅具有理论上的意义，还有着重要的应用价值。

在目前的研究中，双光子共振已经在多个学科领域中得到了广泛的应用。

例如，在量子光学中，双光子共振被用于制备具有特殊量子态的光子对。

在分子光谱学中，双光子共振可以用来研究分子的结构和动力学过程。

此外，双光子共振还被应用于光学成像、材料科学等领域。

本文将系统地介绍双光子共振的定义和原理，并详细讨论双光子共振的条件以及其应用和未来发展。

通过对这一现象的深入研究，我们可以更好地理解光子之间的相互作用过程，为未来的科学研究和技术应用提供有力支持。

文章结构部分的内容可以这样来写：1.2 文章结构本文将围绕双光子共振条件展开讨论，内容主要分为三个部分：引言、正文和结论。

在引言部分，我们将对双光子共振进行概述，介绍其定义和原理，并阐明本文的目的。

正文部分将重点探讨双光子共振的条件。

首先我们将详细解释双光子共振的定义和原理，为后续的条件探讨打下基础。

然后，我们将在2.2和2.3两小节分别讨论双光子共振的条件一和条件二，深入探究它们的具体要求和实现方式。

在结论部分，我们将总结双光子共振的条件，强调其重要性和应用前景，并展望其未来的发展潜力。

同时，我们还将提出一些关于双光子共振应用的展望，为读者提供更多的思考和探索方向。

光与物质相互作用基本原理

P

2
2

CI0
0

2
1
g 0,
P
P

P
P d

/ 22 0 2

/
22
1
0
2
d

/ 22
1
0
2 d

1

g 0,
光与物质相互作用基本原理
4.1光场与物质的相互作用
• 4.1.1光场与物质相互作用的理论体系
– 经典理论光场：Maxwell方程；原子体系：经典电偶极子； – 半经典理论光场：Maxwell方程；原子体系：量子理论描述； – 量子理论光场：量子理论；原子体系：量子理论； – 速率方程理论简化的量子理论；
• •
引入谱线的线型函数g(ν,ν0)：
g( ,
其量纲为sec，其中的ν0是线型函
0
)

P(
P
)
•
数的中心频率；

根据线型函数的定义： g( , 0 )d
P( )d

1
P
• 得出结论：线型函数是归一化的； I( )
• 当ν=ν0时线型函数有最大值 g(ν0,ν0)，如果在 0 / 2 处其值下降到最大值的一半，则把
P max
P max / 2

此时的称为谱线宽度。
0

4.2.1均匀加宽
• 1、自然加宽
– 现象：自发辐射谱线具有一定的宽度 E2
ΔνH。
E2 E1

光子与物质相互作用

（10－2－1）这里Ek就是光子传递给电子的动能。
对于能量较低（小于1MeV）的光子，光电效应是重要的。但是光子能量必须大于Ф，光电效应才能发生。当能量低时，光子主要与靶原子外壳层的电子作用；当能量增加后，越来越多的内壳层电子逸出。另外，对于Z大的靶，光电效应更容易发生。
13 光子与物质相互作用
30 光子与物质相互作用
3.4 光子与物质相互作用
2、康普顿散射截面和角分布
康普顿效应发生在光子和“自由电子”之间，因此散射
截面是对电子而言的，记为σc,e。原子中的Z个电子都可看
成自由电子，所以整个原子的康普顿散射截面σc就是各个电
子康普顿截面的和：
c Zc,e
（10－3－9）
康普顿散射截面公式可由量子力学推得。当入射光子能量很低时（ hν<<m0c2 ），就是Thomson散射截面σth:
Eehh' m0cE 2 2(1 E (c1oc)so)s
（10－3－5）光子散射角θ和反冲电子散射角Φ的关系为，
ctg1mE0c 2 tg2
（10－3－6）
23 光子与物质相互作用
3.4 光子与物质相互作用
24 光子与物质相互作用
3.4 光子与物质相互作用
下面我们对康普顿散射做些讨论： • 光子的散射角θ＝0º时，其散射后能量Er’=Er达到最大值，而这时反冲电子的动能Ee＝0。在这种情况下，入射光子从电子近旁掠过，未受到散射，所以光子能量没有损失。右图就显示了散射光子能量与散射角的关系曲线。
量E＝hν的光子。光子在发生相互作用前一直保有其能量。这样的光子可能与靶原子轨道电子发生作用。在发生光电效应时，光子付出了它的全部能量。

第2讲-光与物质的相互作用

研究生课程纳米光学(Nano-Optics)第二讲:光与物质的相互作用董国艳中国科学院大学材料科学与光电技术学院1你知道吗？…光进入绝缘体(电介质)会发生什么？电解质材料是否总是透明无损耗的？23本讲内容− 电磁波的产生与传播− 麦克斯韦方程− 本构关系− 时谐场− 电介质的极化− 边界条件− 波动方程− 复介电常数3.微观和宏观材料理论− 自由和束缚电子− 绝缘体/电解质的电磁响应:Lorentz model−金属的电磁响应:Drude model （后面讲讨论）1. 电磁理论2. 材料的光学性能− 吸收4. 利用纳米结构设计光与物质相互作用的实例——生成双折射−散射−色散4①电场和磁场共存②电磁波是横波③电场和磁场方向互相垂直④和传播速度相同、相位相同⑤电磁波速⑥电磁波具有波的共性——在介质分界面处有反射和折射光计算的数学基础是电磁场理论。

由于光是电磁波，因此电磁场理论可以解释和计算光学现象。

1、电磁理论//E H k ⨯HE με=1800s m 10997921-⋅⨯==.c με真空中介质中1v εμ=E H k cn v =00μεεμ=r r με=r ε≈折射率5B电磁波的产生与传播变化的磁场激发电场:E tB ∂∂t D ∂∂变化的电场激发磁场:B EE xBB E 变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波.6用复数表示，平面波有如下关系exp(ia )=cos a +i sin a平面波的电场可表示为0xp(i i )(,)E r t E e k r t ω=⋅-同样，磁场的复数形式0xp(i i )(,)H r t H e k r t ω=⋅-平面电磁波平面波的电场可表示为)(0t r k E t x E ω-⋅=cos ),(E 0为振幅，t 为时间，ω为角速度，ω=2πf ，f 为频率，k 为波矢，k =2π/λ，r 为位置矢量7旋度公式怎样描述光的波动性质?(1831–1879)∇⋅D =ρext∇⋅B =0∇⨯E =-∂B /∂t ∇⨯H =∂D /∂t +J ext散度公式如果没有外部电荷和电流divergence:散度，curl:旋度，macroscopic:宏观的D=电位移矢量E=电场强度矢量，B=磁感应强度矢量H=磁场强度矢量ρext =外部电荷密度J ext =外部电流密度麦克斯韦方程7–Maxwell’s equations∇⨯H =∂D /∂t连接4个宏观场量E ,H ,D ,B ∇⋅D =0∇⋅B =0∇⨯E =-∂B /∂t 80ρ=⋅∇D t B E ∂∂-=⨯∇0=⋅∇B t D j H ∂∂+=⨯∇ 00div ρ=DtB E ∂∂-=rot 0div =B tDj H ∂∂+=0rot 散度：div = divergence旋度：rot = rotationzk y j x i ∂∂+∂∂+∂∂=∇ 算符说明：麦克斯韦电磁场方程的微分形式∇为微分算子，也称Hamilton 算子, 定义为9标量场的梯度是矢量场：k z j y i x∂∂+∂∂+∂∂=∇φφφφ),,(z y x φφ=矢量场的散度是标量场：k A j A i A A z y x++=zA y A x A A zy x ∂∂+∂∂+∂∂=⋅∇ 矢量场的旋度还是矢量场：k y A x A j x A z A iz A y A A x y z x y z )()()(∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂=⨯∇⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂∂∂=z y x A A A z y x k j i1010真空平行板电容器介电材料电场电位移极化强度金属板表面的(正的与负的)自由电荷介电材料表面的束缚电荷真空介电常数(8.85×10-12As/Vm )相对介电常数电容0εεε=r 电介质的极化11材料可按其对外电场的响应方式区分为两类：导电材料：以电荷长程迁移即传导的方式对外电场作出响应，导体中的自由电荷在电场作用下定向运动，形成传导电流。

光和物质的相互作用

• 在电偶极近似下，场对物质的作用就表现在原子发生了电偶极化。极化了的物质会对场施以反作用，使得原来作用于它的场发生变化。 • 原子电偶极矩的量子力学描述：在量子力学中，原子的状态是用波函数来描述的，外场对原子的作用便表现为外场使原子的波函数发生了变化。这一变化有可能使得原子体系的电偶极矩的量子力学平均值不再为零。
4.2 原子自发辐射的经典模型
• 物理模型：按简谐振动或阻尼振动规律运动的电偶极子，称为简谐振子。 • 简谐振子模型认为，原子中的电子被与位移成正比的弹性恢复力束缚在某一平衡位置 x=0（原子中的正电中心）附近振动（假设一维运动情况），当电子偏离平衡位置而具有位移时，就受到一个恢复力f=-Kx的作用。
1 自然加宽（natural broadening）自然加宽（natural broadening）
•在不受外界影响时，受激原子并非永远处于激发态，会自发地向低能级跃迁，因而受激原子在激发态上具有有限的寿命。这一因素造成原子跃迁谱线的自然加宽。
• 在经典模型中，原子中作简谐运动的电子由于自发辐射而不断消耗能量，因而电子振动的振幅服从阻尼振动规律
γ
γ
γ=? 设在初始时刻t=0时能级E2上有n20个原子，则自发辐射功率随时间的变化规律可写为
p(t ) = − ex (t ) = −ex0e
γ
− t 2 iω 0t
− t 2 iω 0t
Hale Waihona Puke γγe= p0e
− t 2 iω 0t
γ
e
• 上述简谐偶极振子发出的电磁辐射可表示为
E = E0 e
− t 2 iω 0t
e
τr =
1
γ
定义为简谐振子的辐射衰减时间

生物光子晶体：调控光与生命物质的相互作用

生物光子晶体：调控光与生命物质的相互作用引言：光的特性和生命物质之间的相互作用一直以来都是物理学和生物学领域中备受关注的研究课题。

在这两个学科的交汇点上，生物光子晶体作为一种具有特殊结构和优异性能的功能材料，正成为研究者们广泛关注的对象。

本文将介绍生物光子晶体的基本原理及其调控光与生命物质相互作用的应用，并试图从物理学的角度加以解读。

一、生物光子晶体的基本原理生物光子晶体是一种由生命物质和光学结构紧密结合构成的材料，具有高度的有序性和周期性结构。

生物光子晶体的形成基于光的多普勒效应和布拉格散射理论。

在制备过程中，通过调整生物物质的浓度、温度和pH值等参数，使得生物物质在溶液中自发或通过生物体内的生物反应形成周期性的结构。

这种结构不仅能够选择性地散射光的特定波长，还能有效地控制光的传播和调制光的频率。

二、实验准备在进行生物光子晶体的实验前，需要准备一些基础的实验设备和试剂。

主要包括离心机、紫外-可见吸收光谱仪、荧光显微镜等仪器和蛋白质、胶体颗粒等生物材料。

此外，还需要确保较好的实验环境，比如使用严格的无菌条件和控制相对湿度等。

三、实验过程生物光子晶体的实验可以分为材料制备、结构表征和性能测试三个主要步骤。

1. 材料制备：首先，在真空脱氧条件下制备纯化的蛋白质或合成纳米颗粒。

然后，根据需要选择合适的方法将蛋白质或颗粒与生物体中的其他物质结合，形成周期性有序结构。

常用的方法包括自组装法、嵌段共聚物法和矽酸盐溶胶法等。

2. 结构表征：利用离心机将光子晶体溶液离心，收集沉淀后的晶体，通过电子显微镜观察晶体的形貌和纳米结构。

同时，利用紫外-可见吸收光谱仪测量晶体的透射谱和反射谱，得到晶体对不同波长光的散射和反射能力。

3. 性能测试：利用荧光显微镜观察晶体对荧光物质的荧光增强效应。

可以通过比较生物光子晶体的荧光增强和普通介质的荧光强度，验证光子晶体的特殊效应。

此外，还可以通过改变晶体的结构或成分，研究调控光子晶体对于特定频率光的散射效应。

连续域束缚态光宇物质相互作用

连续域束缚态光宇物质相互作用篇一：《我眼中的“连续域束缚态与光宇物质相互作用”》哎呀，一看到“连续域束缚态光宇物质相互作用”这个题目，好多小伙伴可能就觉得头大啦。

这听起来就像是超级超级难的东西，就像那高高的山峰，让人望而生畏。

不过呢，今天我就想和大家唠唠我对这个神秘东西的一些想法，就像分享一个超级有趣的故事一样。

我呀，先来说说我怎么知道这个概念的吧。

有一天，我在学校的科学兴趣小组里。

我们的科学老师，那可是个特别厉害的人，就像一个拥有无数魔法咒语的魔法师。

他拿着一本厚厚的科学书，开始给我们讲一些新奇的东西。

当他提到“连续域束缚态光宇物质相互作用”的时候，我就像听到了外星人的语言一样，完全懵了。

旁边的小明就举手问老师：“老师，这啥是连续域束缚态啊？感觉就像把我关在一个看不见的笼子里一样吗？”老师笑了笑说：“哈哈，小明这个比喻有点意思呢。

连续域束缚态啊，就像是在一个很广阔的地方，本来东西都可以自由自在地跑来跑去，可是突然有一些特殊的规则，就像有一种看不见的力量，把一些东西限制在一个特定的范围里啦，就像你们在操场上玩游戏，有一个特定的区域是这个游戏的范围一样。

”我听了之后，脑子就开始转起来了。

那光宇物质相互作用又是什么呢？我就大着胆子问老师：“老师，那光宇物质相互作用是不是就像光和物质在打架呀？”老师又笑了，说：“你这个想法很有趣，但不是打架哦。

光和物质相互作用啊，就像是两个好朋友在互相帮忙。

光可以让物质发生一些变化，比如说让一些东西变热，就像太阳光照在我们身上，我们会觉得暖和。

物质也能影响光呢，比如说有些东西能让光拐弯，就像一个调皮的小精灵在引导光的方向。

”回到家后，我还在想这个事儿。

我和我的爸爸又说起了这个。

爸爸是个工程师，他知道的东西也不少。

我对爸爸说：“爸爸，今天老师讲了连续域束缚态光宇物质相互作用，我有点迷糊呢。

”爸爸就摸着我的头说：“宝贝啊，你看，咱们家里的电灯，那就是光和物质相互作用的例子。

第01章光与物质相互作用的一些基本概念

(1.2.22)
非奇异方阵 A 之逆等于它的伴随矩阵被 A 的行列式所除，即
(1.2.6)
ˆ 在 F 表象中的表示(用圆括号括号的符号，表示是一个矩阵，不加括号时，则表示该矩阵 ( L jk ) 称为算符 L ˆ 作用下如何变化。 ˆ 运算后(变矩阵的矩阵元)。它的矩阵元 L jk 刻画 F 表象中的基矢 k 在算符 L 基矢 k 在 L
L1k ˆ )在 F 表象中的表示(分量)，即矩阵 ( L ) 的第 k 列元素 L 。因此，矩阵 ( L ) 一经给定，则任何成L k jk jk 1k
(1.2.14)
* , A* 表示。 A 的转置共轭矩阵也用有符号 A† , A
凡方阵 A 和它的转置共轭矩阵 A 相等者，则称为 A 的 Hermite 对称矩阵 (Hermitian sysmmetric maxtrix)，简称 Hermite 矩阵，即
H
A = AH
aij a*ji
(1.2.15)
式中， ij 称为克罗内克符号(Kronecker delta)，它的意义是
ij
0 (i j ) 1 (i
AB BA
用其乘积也是对角阵。对角线上各元素为 1，其余均为零的方阵称为单位矩阵(unit matrix)，以 I 或 [ ij ] 表示，即
0 0 0 。 0 0 0
0 0 [bij ij ] b33
除对角线上各元素外，其余都是零的方阵称为对角阵，例如：
a11 A 0 0
0
a22 0
0 b11 0 0 [aij ij ] ， B 0 b22 a33 0 0
AA1 = A1 A = I

大学物理学习指导第10章光与物质的相互作用

第10章光与物质的相互作用10.1 内容提要（一）光的波粒二象性 1.普朗克量子假设（1）一个频率为v 的谐振子只能处于一系列不连续的分立状态，在这些状态中，谐振子的能量只能是某一最小能量ε= hv 的整数倍，即hv ，2hv ，3hv ，…，nhv其中n 为正整数，h 是普朗克常量，ε=hv 称为能量子。

（2）当谐振子从一个量子态跃迁到另一个量子态时，谐振子将发射或吸收以能量子（现称为光子）为单位的电磁能。

一个光量子的能量就是两个相邻量子态之间的能量差，即Thh E ==ν （10.1）而当谐振子停留在原来的量子态时，它将不发射或吸收任何能量。

普朗克的量子假设突破了经典物理学的观念，第一次提出了微观粒子具有分立的能量值，即振子的能量是按量子数做阶梯式分布，后来人们把振子处于某些能量状态，形象地称为处于某个能级。

2.爱因斯坦的光量子学说（1）光电效应：当光照到某些金属的表面时，金属内部的自由电子会逸出金属表面，这种光致电子发射现象叫做光电效应。

（2）爱因斯坦的光量子假设：光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子叫光量子，也叫光子。

光子以光速运动，对于频率为v 的光束，光子的能量为νεh = （10.2）按照爱因斯坦的光子假设，频率为v 的光束可以看作是由许多能量均等于hv 的光子所构成；频率越高，光子的能量越大；对给定频率的光束来说，光的强度越大，就表示光子的数目越多。

（3）爱因斯坦的光电效应方程：0221A m h m +=v ν （10.3）式（10.3）中A 0为逸出功，221m m v 为电子的初动能。

3.光的波粒二象性（1）光子的能量： λνhch E == （10.4）（2）光子的质量： λνhch m ==2（10.5）（3）光子的动量： λhmc p == （10.6）（二）光的吸收散射色散 1.光的吸收（1）朗伯定律：当一束单色光透过一定厚度的介质时，透射光的强度就会降低，并且产生吸收光谱。

激光光谱与物质相互作用机理分析

激光光谱与物质相互作用机理分析激光光谱技术是一种非侵入性的检测技术，可以通过分析物体的光谱信息来得到其化学组成和结构信息。

该技术在石油勘探、环境监测、食品安全等领域得到广泛应用。

在激光光谱技术中，物质与激光相互作用是关键步骤之一，本文将对激光与物质相互作用机理进行分析。

1. 激光与分子相互作用机理激光与物质相互作用的机制可以从分子层面进行解析。

当激光射入物质中时，分子的原子核和电子将发生振动和旋转等运动，产生光谱信号。

分子的这些运动受到分子内部力的驱动，也受到外部光辐射的影响。

在外部光辐射的作用下，分子的振动和旋转运动会发生共振增强，产生明显的光谱信号。

这种现象被称为拉曼散射。

2. 激光与晶体相互作用机理激光与晶体的相互作用机制也可以从内部结构出发进行分析。

晶体是由多个原子或分子构成的超大分子结构，在激光射入晶体后，晶体结构会发生物理或化学变化，在晶体体系发生的一系列弹性和非弹性变形过程中，分别产生相应的光谱信号。

这些变形过程通常与晶体中原子之间的键合有关，如振动、旋转、弯曲、伸缩、双键和三键的伸缩等运动。

这些运动将导致晶体结构的扭转或增强，从而产生明显的光谱信号。

这种现象被称为拉曼光谱。

3. 激光与纳米材料相互作用机理纳米材料是指粒径在1-100纳米范围内的材料结构，这种结构相比一般的材料结构更加复杂。

在激光与纳米材料的相互作用中，一般会出现材料结构的表面增强拉曼光谱现象。

这是由于纳米材料的表面存在很多缺陷和缺陷位点，这些位点会产生强烈的拉曼光谱信号。

表面增强拉曼光谱技术可以有效提高纳米材料的检测灵敏度，同时也能够了解其表面结构和反应特性等信息。

综上所述，激光光谱技术在与物质相互作用中，可以通过分析分子、晶体和纳米材料的结构来获得物质的化学、结构等信息。

该技术的应用范围广阔，可用于石油勘探、食品安全、环境监测等领域的实时检测和定量分析。

此外，在冶金、生物医药等新兴领域也有广泛的应用前景。

光与物质相互作用基础讲解

• σ为介质电导率
• 式中P为介质的电极化强度矢量，Mr为介0 质的磁极化强度矢量。P和E的关系为
• 式中为电极化率
P 0E
2.1.2 麦克斯韦方程与波动方程当电荷、电流分布给定时，从麦克斯韦方程组，根据初始条件以及边界条件就可以完全地决定电磁
场的分布和变化。下面推导波动方程将（2-1-1a）两边取旋度，有将（2-1-1b）和（2-1-2b）代入上式，可得
光与物质相互作用基础讲解
光电子学是研究光与物质相互作用的学科，而与物质相互作用主要是指与物质内部的电子
光的本质光的描述
物质的结构电子的状态
2.1 光学基础知识
2.1.1 光的波动理论与光子学说
• 17-18世纪：牛顿的微粒说 • 19世纪：惠更斯的波动说（机械波色彩）、麦克斯韦的电磁波、以太 • 20世纪：光电效应、爱因斯坦的光子假说 • “波粒二象性”
上式也可以写成式中，v为电磁波在介质中2 的传播速度
E E 0 用类似的2方法，可以求出求解磁场的波动方程或
t2
2E
1 v2
2E t2
0
2H
2H t2
0
作业：推导磁场的波动方程
波动方程要与边界条件相结合，才能最终确定电磁场的分布。在不同介质分界面上的边界条件有
式以中及Ht在、界分面别s上为也电是J 荷s连面续密的度和面电流密度，n表示法线方向，t表示切线方向。当和为0时，Dn
D第一式为电场的高斯定理，表示电场可以是有源场，此时电力线发自正电荷，终止于负电荷。
磁感强度的散度处处为零。
第二式为磁通连续定律，即穿过一个闭合面的磁通量等于零，表示穿入和穿出任一闭合面的磁力
B0 线的数目相等，磁场是个无源场，磁力线永远是闭合的。

光和物质相互作用的三个过程

光和物质相互作用的三个过程在日常生活中，光和物质的相互作用无处不在，从阳光照在窗台的温暖感觉，到霓虹灯下的五光十色。

今天，我们就来聊聊光和物质之间的三种主要互动方式：吸收、反射和折射。

听起来有点儿复杂，但别担心，我们慢慢来探讨。

1. 吸收：光的“消失”1.1 吸收的基本概念首先，光的吸收是指光进入物质后，被物质“吞噬”了。

比如说，你站在阳光下，感到暖洋洋的，这就是阳光被你身上的衣物吸收了。

光在这里被转化为热量，物质变得暖和起来。

1.2 吸收的例子想象一下夏天你穿的黑色衣服，太阳照在你身上，黑色衣服吸收了大量的阳光，因此你会觉得特别热。

这就是光的吸收作用。

黑色吸收光的能力强，而白色则反射光，所以你会觉得穿白色衣服要凉快些。

2. 反射：光的“弹跳”2.1 反射的基本概念接下来，我们谈谈反射。

光的反射就是光碰到物体表面时，像弹球一样“弹回”去。

简单来说，就是光“照”在物体上，然后回到你的眼睛里，这样你才能看到物体的样子。

比如你在镜子前面，镜子里的你就是通过光的反射看到的。

2.2 反射的例子举个例子，如果你在湖边看到自己的倒影，那就是光被湖水表面反射了。

镜子也是类似的原理，光在镜子表面弹回，所以你能看到自己。

你也可以想象一下，车灯照在路上，车灯的光线在道路上反射，照亮了前方的路。

3. 折射：光的“弯曲”3.1 折射的基本概念最后，我们来聊聊折射。

光的折射就是光线穿过不同密度的物质时，发生弯曲的现象。

你可以把它想象成光在水里游泳，水的密度改变了光的游泳路线。

比如，当光从空气进入水中时，它会发生弯曲，这就是折射。

3.2 折射的例子举个常见的例子，当你把一根直棍子插进水里，你会发现那根棍子看起来像是弯曲了一样。

这是因为光从空气进入水中，改变了传播方向。

还有，眼镜的原理也是基于折射，通过特殊设计的镜片，改变光线的折射路径，让你看得更清楚。

总结所以，无论是光的吸收、反射还是折射，它们都在悄悄影响着我们的世界。

光和物质的互动就像是一场无声的舞蹈，展示着自然界中那最基本的规则。

光与物质相互作用

F1 qE0 cos t —— 电场力
带电粒子受力
F2 kr dr F3 dt
—— 其他电荷给的弹性力
—— 电磁辐射阻尼力
d2 r F2 F2 F3 m dt2
d2 r dr 2 2 0 r f 0 cos t dt2 dt
k 0 m

2m
固有频率阻尼系数
稳态解
r (t ) Acos(t )
qE0 f0 m
1
稳态解
r t A cos t
qE00/ m f
2 tan 2 0 2
A

2

2 2 0
2cos t m
当光束通过光学性质均匀的介质如玻璃纯水时在光束的侧面观察几乎看不到光但当一束太阳光射入有烟雾的室内或混浊的水中时我们从侧面也可以看到光束的行径这是由于光被混浊物质中的小微粒向各个方向散射所致
第 15 章光与物质相互作用
光与物质相互作用：光的散射、吸收和色散 15.1 分子光学的基本概念(Concepts of molecule optics) 一、电偶极子模型
傍晚
中午
散射！
清晨
在地球上，清晨阳光穿过大气的距离较中午长，所以被散射掉的短波成分更多——朝阳、夕阳呈红色。
6
宇航员看到的太空为什么是黑色的？为什么天空总是蔚蓝色的？为什么早晨或傍晚看到的太阳呈红色而正午的太阳呈白色？如果地球表面没有大气，天空将是什么样子？宇航员在太空中看到的天空又是什么样子？
媒质的折射率随光的波长而变化的现象称为色散
n
棱镜光谱
1、任何光学材料都有色散。
2、正常色散： n 3、反常色散：处于吸收带附近。

激光原理与技术期末知识点总结

辐射跃迁和非辐射跃迁
1. 辐射跃迁：发射或吸收光子从而使原子造成能级间跃迁的现象。它必须
满足辐射跃迁选择定则。
如果原子的两个能级满足辐射跃迁选择定则，则有可能出现下述情况：
1) 一个处于高能级E2的原子，发射一个能量为 = h = E2 − E1
的光子，结果这个原子回到低能级E1。
2）一个处于低能级E1原子，从外界吸收一个能量为 = h = E2 − E1
➢当 ⋅ = 或 ⋅ = 时，共轴球面谐振腔为临界腔
三能级系统和四能级系统的受激发光过程
1. 三能级系统：如图(2-4a)，下能级E1是基态能级，上能级E2 是
亚稳态能级，E3为抽运高能级。其主要特征是激光的下能级为基
态，发光过程中下能级的粒子数一直保存有相当的数量。
=
h
2

h

=
mc
c2
h
h
h 2
h
n0 = n0 =

n0 =
k
c

2
2
式（1-17）和式（1-18）把表征粒子性的能量ε和动量P与表征波动性的
频率ν和波长λ联系起来，体现了光的波粒二象性的内在联系。
原子能级示意图
原子能级和简并度
En
微观粒子（电子）只能处于一系列本征状态

E2
每一状态具有分立的能量值——能级
2 kT ν0
1/2
2 ln 2
f D (v0 ) =

vD

0.939
vD
ν − ν0
2 ln 2 1 2 −[4ln 2( νD ) ]
f D (ν ) =
( ) e

大学物理-16光与物质相互作用

如果介质是严格均匀的，每个小体积元内的分子数相同，干涉的结果是不产生散射光，但由于热运动破坏了介质的均匀性，导致每个小体积元内的分子数不再相同，形成振幅不等的相干辐射源，使干涉相消方向也不能完全消光，形成散射光，这就是相干散射。
相干散射与非相干散射效果相同，散射光强也是瑞利散射光强公式。
3、散射光的偏振状态
云层中有大量半径与可见光相近的水滴，其对所有波长的可见光都一视同仁地散射，所以我们看到云是白色的。
散射概率瑞利区
0.05
米氏区 a/
三、拉曼散射
用单色光照射某些物质，垂直于入射方向测光谱，散射光除原频率外，还有一系列对称的谱线，频率低于入射光频率的称为红伴线（斯托克斯线），高于入射光频率的称为紫伴线（反斯托克斯线），这就是拉曼散射现象。
分子的极化率：，有一般的感生电偶极矩与策动
电场的关系：
p 0E 0E0 cost
3、感生电偶极矩讨论
p q2 E0 cos (t ) m ( 2 02 )2 (2 )2
a) 感生电偶极矩的振幅与0，m和有关；幅角与 0，有关。
当 0，振幅最大。
m大，振幅小。原子核、离子：质量大，惯性大，
若分子感生偶极矩与策动电场方向平行，分子极化率的大小与电场方向无关，称为各向同性分子。
若分子感生偶极矩与策动电场方向不平行，分子极化率的大小与电场方向有关，称为各向异性分子。
注意：当介质中的分子无序分布时，无论由各向同性还是各向异性分子组成，整个介质呈各向同性。
三、相干性分析
入射光作用下形成的振荡电偶极子是次级辐射源
解上面的两个方程：
a
(02
(02
2
2 )2
) f0

苏教版第三章光与物质的相互作用

第三章光和物质的相互作用Interaction of Radiation and Atomic Systems激光的基本理论电介质的极化光和物质相互作用的经典理论简介谱线加宽和线型函数典型激光器速率方程均匀加宽工作物质的增益系数非均匀加宽工作物质的增益系数•光频电磁场与物质的相互作用（特别是共振相互作用）是激光器的物理基础•对大多数激光器，指光与组成物质的原子（或离子、分子）内的电子之间的共振相互作用•强度特性（烧孔效应，兰姆凹陷，增益饱和等）激光的基本理论•经典理论：用经典电动力学的Maxwell方程组描述电磁场，将原子中的运动视为服从经典力学的振子，也称为经典原子发光模型•半经典理论：采用经典Maxwell方程组描述光频电磁波，而物质原子用量子力学描述（兰姆理论）•量子理论：对光频电磁波和物质原子都作量子化处理，并将二者作为一个统一的物理体系加以描述（量子电动力学）•速率方程理论：量子理论的简化形式，从光子（量子化的电磁场）与物质原子的相互作用出发，忽略了光子的相位特性和光子数的起伏特性•激光器的严格理论是建立在量子电动力学基础上的量子理论，它在原则上可以描述激光器的全部特性。

•用不同近似程度的理论去描述激光器的不同层次的特性，每种近似理论都揭示出激光器的某些规律，但也掩盖着某些更深层次的物理现象。

物质的能级结构跃迁物质都是由原子组成的，原子的经典模型可以看成是简谐振动的电偶极子。

实际上原子模型要运用到量子概念。

原子中的电子可以在一些特定的轨道上运动，处于定态，并具有一定的能量。

这样一来．高中化学中学过了电子云实际就是电子态。

处于不同电子态的原子具有不同的能量，称之为原子系统（电子）的能级。

每种原于就有一系列的与不同定态对应的能级，各能级间的能量不连续。

波尔假说：（1922年诺贝尔物理学奖）1.原子存在某些定态，在这些定态中不发出也不吸收电磁辐射能。

原子定态的能量只能采取某些分立的值E1、E2、。

现代仪器分析第一章第二章光分析导论

在线分析
原位分析实时分析活体分析接口分离技术仪器和计算机联用技术教育定性传感器固定化
分析化学主要发展趋势
表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析
其它科技领域
第一章绪论
2. 仪器分析的应用领域
社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；生命科学：DNA测序；活体检测；环境科学：环境监测；污染物分析；材料科学：新材料，结构与性能；药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。
无机分析和有机分析
根据分析所需试样用量，分析化学分为：
常量、半微量、微量、超微量分析
根据分析方法所用手段分类，分析化学分为：
化学分析、仪器分析
第一章绪论
酸碱定量分析光化学分析
配位沉淀氧化还原
电化学分析
基础发展化学分析仪器分析色谱分析质谱分析
定性分析常量分析
分析化学
1. 2 光谱法
原子发射光谱法
原子光谱法
原子吸收光谱法
X射线荧光与X射线衍射分析
光(波)谱分析法
分子光谱法
紫外-可见分子吸收光谱分析红外分子吸收光谱法激光拉曼光谱法分子荧光与磷光光谱法核磁共振与顺磁共振波谱法 X射线光电子能谱和俄歇电子能谱
其它波谱法
第一章绪论
2. 电化学分析法
以物质的电化学性质为基础的一类分析方法。如电位、电流、电导、电量等电化学性质。
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