光的发射和吸收解析
光学解析光的透射和吸收现象
光学解析光的透射和吸收现象光学是关于光的传播、变化和相互作用的科学，其中包括光的透射和吸收现象的研究。
本文将从理论和实际应用的角度，介绍光的透射和吸收现象的基本原理和相关知识。
一、光的透射现象光的透射是指当光从一种介质传播到另一种介质时的现象。
根据光在介质中的传播表现，可以分为折射和反射两种形式。
1. 折射现象折射现象是指光线从一种介质进入另一种介质时，由于介质的密度不同，光线会发生偏折的现象。
这主要是由于光在不同介质中的传播速度不同所引起的。
根据斯涅尔定律，光线在两种介质交界面上的入射角和折射角之间存在一定的关系，即\[n_1 \times \sin(\theta_1) = n_2\times \sin(\theta_2)\]，其中，\(n_1\)和\(n_2\)分别为两种介质的折射率，\(\theta_1\)和\(\theta_2\)分别为入射角和折射角。
折射现象在光学透镜、光纤等领域有着广泛应用。
2. 反射现象反射现象是指光线从一种介质的表面接触到另一种介质时，部分光线会被表面反射回原来的介质中。
反射现象符合反射定律，即入射角等于反射角，如入射角为\(\theta\)，则反射角也为\(\theta\)。
反射现象在镜面反射、光的全反射等方面有着广泛的应用。
二、光的吸收现象光的吸收是指光线在物质中被吸收的现象。
光在物质中的吸收程度和物质的性质有关，如光的波长、物质的化学成分和浓度等因素。
吸收现象导致光线能量的转化和衰减，可用于吸收能量、光谱分析等领域。
光的吸收现象是光与物质相互作用的结果，因此可通过控制物质的特性和光的参数来实现对光的吸收的调控。
例如，利用半导体材料制造的太阳能电池就能将光能转化为电能，而吸收不同波长的光线则可以实现光谱分析。
三、光的透射和吸收应用领域光的透射和吸收现象在现实生活中有着广泛的应用。
以下是其中几个典型的应用领域：1. 光学通信光纤通信是一种基于光的透射特性进行信息传输的技术。
大学物理中的电磁辐射光的吸收和发射现象
大学物理中的电磁辐射光的吸收和发射现象电磁辐射是物理学中一个重要的概念，它在大学物理中被广泛地研究和应用。
其中，光的吸收和发射现象是电磁辐射中的重要一环。
本文将着重探讨大学物理中的电磁辐射光的吸收和发射现象。
一、光的吸收现象光的吸收是指光能量被物质吸收而转化为其他形式的能量的过程。
在大学物理中，光的吸收现象被广泛应用于材料科学、光电子学等领域。
物质对光的吸收程度与光的波长、频率以及物质自身性质密切相关。
1.1 吸收谱物质对不同波长的光吸收能力不同，这种差异可以通过吸收谱来描述。
吸收谱是指物质对不同波长的光吸收程度随波长变化的图谱。
通过测量吸收谱，可以了解物质对不同波长光的选择性吸收特性。
1.2 吸收系数吸收系数是衡量物质吸收光的强度的物理量。
它是一个与物质本身性质相关的数值，表示单位长度或单位厚度内光能量的减弱程度。
吸收系数越大，表示物质对光的吸收能力越强。
二、光的发射现象光的发射是物质将内部储存的能量转化为光能量并释放出来的过程。
在大学物理中，光的发射现象被用于研究激光、原子能级等方面。
2.1 辐射光谱辐射光谱描述了物质在发射光时不同波长或频率的光的强度分布。
辐射光谱可以是连续的，也可以是由不同波长的光强组成的离散谱线。
2.2 波尔兹曼分布定律波尔兹曼分布定律是描述光的发射现象的重要定律之一。
根据该定律，物体的辐射光谱与其温度成正比。
这表明，温度越高，物体发射的光谱越偏向高能量的波段。
三、常见应用电磁辐射光的吸收和发射现象在许多领域中都有广泛的应用。
3.1 光谱分析光谱分析利用物质对光的吸收和发射特性，可以对物质进行结构分析、成分检测等。
例如，紫外-可见吸收光谱用于有机物的结构确定，而原子吸收光谱则用于分析金属元素的含量。
3.2 激光技术激光技术是一种利用辐射光发射特性制造单色、相干和高强度光的技术。
激光在医疗、通信、材料加工等众多领域有重要应用，如激光治疗、光纤通信和激光切割等。
3.3 火焰分析火焰分析利用燃烧物质发射的特定频谱，来分析样品中的化学元素。
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
第五章半导体中的光辐射和光吸收
第五章半导体中的光辐射和光吸收1. 名词解释：带间复合、杂质能级复合、激子复合、等电子陷阱复合、表面复合。
带间复合：在直接带隙的半导体材料中，位于导带底的一个电子向下跃迁，同位于价带顶的一个空穴复合，产生一个光子，其能量大小正好等于半导体材料E。
的禁带宽度g浅杂质能级复合：杂质能级有深有浅，那些位置距离导带底或价带顶很近的浅杂质能级，能与价带之间和导带之间的载流子复合为边缘发射，其光子能量总E小。
比禁带宽度g激子复合：在某些情况下，晶体中的电子和空穴可以稳定地结合在一起，形成一个中性的“准粒子”，作为一个整体存在，即“激子”。
在一定条件下，这些激子中的电子和空穴复合发光，而且效率可以相当高，其复合产生的光子能量小E。
于禁带宽度g等电子陷阱复合：由于等电子杂质的电负性和原子半径与基质原子不同，产生了一个势场，产生由核心力引起的短程作用势，从而形成载流子的束缚态，即陷阱能级，可以俘获电子或空穴，形成等电子陷阱上的束缚激子。
由于它们是局域化的，根据测不准关系，它们在动量空间的波函数相当弥散，电子和空穴的波函数有大量交叠，因而能实现准直接跃迁，从而使辐射复合几率显著提高。
表面复合：晶体表面的晶格中断，产生悬链，能够产生高浓度的深的或浅的能级，它们可以充当复合中心。
通过表面的跃迁连续进行表面复合，不会产生光子，因而是非辐射复合。
2. . 什么叫俄歇复合，俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么长波长的InGaAsP 等材料的俄歇复合比短波长材料严重？为什么俄歇复合影响器件的J th 、温度稳定性和可靠性？ 解析：● 俄歇效应是一个有三粒子参与、涉及四个能级的非辐射复合的效应。
在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或者动量通过碰撞转移给第三个粒子跃迁到更高能态，并与晶格反复碰撞后失去能量。
这种复合过程叫俄歇复合.整个过程中能量守恒，动量也守恒。
●半导体材料中带间俄歇复合有很多种，我们主要考虑CCHC 过程（两个导带电子与一个重空穴）和CHHS 过程（一个导带电子和两个重空穴）。
第四章 光的发射和吸收(二)
第四章 光的发射和吸收(二)试看单轴晶体的计算。
为表达的方便，用S (i,f )表示上述公式中的电偶极矩矩阵元的平方和，把沿某一方向偏振的电偶极跃迁的几率写成()()f ,i S c e .P p p εω32334sp.em k = (4.23)对于π和σ偏振的自发辐射跃迁，可以分别写出其跃迁几率()()f ,i S c e .P k π323π34sp.em εω =，()()f ,i S c e .P k σ32334sp.em εωσ = 按照全概率公式，总的自发辐射跃迁几率为()()()()()()().P .P .P p .P p .P sp.em32sp.em 31sp.em σsp.em πsp.em σπσπ+=+= (4.24)必须指出，应用这些公式到晶体介质的计算中，还要考虑进介质折射率的改正因子。
以后将看到，利用(4.24)式计算各向异性介质中激活离子能级寿命，就不至于发生过高估计跃迁几率的错误。
现在来讨论磁偶极跃迁和电四极跃迁、从单电子的情况出发并假定与电偶极跃迁相关的<ϕf e ⎪r ⎪ϕi e >=0，根据展开式(4.18)先分析自发发射过程（见(4.16)式）的矩阵元),可得()()ee e e if i i f i e ϕϕϕϕp e r k p e r k ⋅⋅-=⋅⋅-(4.25)为方便表示，式中e 为e α(k )。
为了同跃迁机理相联系，习惯上将(k ⋅r )(e ⋅p )分成两部分，即()()()()()()()()∑∑∑∑∑∑++⨯⋅-=++⋅⨯=++-===⋅⋅j,i ij jij i j,i ij jiji j ,i ij jij i j,i i j j i j i j,i jij i j,i jj i i p r pr e k p r pr e k p r pr e k p r p r e k pr e k p e r k 212121212121l k e l e k p e r k (4.26)式(4.26)中i ，j 表征上述各个矢量的三个分量，l =r ⨯p 是轨道角动量算符。
发射,激发,吸收光谱
常用光谱种类和原理简介如下：1)吸收光谱当一束连续光通过透明介质时，如果光波能量和介质中从基态到激发态的能量间隔相等，介质中的状态将由基态被激发到激发态，透过透明介质的光将因这样的吸收而光强减弱。
由于激发态不同，它们的吸收能量不一样，这样在记录透过透明介质后的光强时就形成了光强随着波长变化的谱线，即吸收光谱。
吸收光谱可以给出材料基质和激活离子的激发态能级的位置和它们的分布情况。
2)荧光光谱一束特定波长的单色光将激活离子从基态激发到某一个激发态能级，从这个激发态向低于它的各个能级跃迁发光，可以得到它到下面各个能级以及下面各能级到更低能级的发光谱图，即荧光光谱。
材料所发荧光经单色仪分光后，由探测器收集并记录下各个波长的发光强度，它能够反映这个能级到下面各个能级的跃迁概率、荧光强度以及荧光分支比等信息，提供该材料的最佳发射波长。
同时，可以求得下面各个能级的位置，包括稀土离子的能级在晶场中的劈裂情况等。
3)激发光谱监控一个特殊的荧光发射波长，改变激发波长，得到一个在不同波长激发下的荧光强度变化图，即激发光谱。
激发光谱可以提供荧光能级以上各个能级的位置，反映出各个能级向荧光能级的能量传递能力，找出该荧光获得最高效率的最佳发射波长。
4)选择激发光谱(稀土离子)在复杂晶体中，通常有几个稀土离子可以取代的阳离子格位，稀土离子的发光变得复杂并且难以分析。
激光器出现以后，利用激光功率高、单色性好的特点，发展起来一种新的光谱测量方法，称为选择激发光谱。
一般同一种稀土离子掺杂到同一晶体的不同格位时，不同格位稀土离子的能级会产生微小差别，可以利用可调谐激光器，调到一个合适的激发波长使某个格位的离子被激发，另一些离子暂不激发，得到一个格位的光谱后再按照同样的操作更换到其他格位。
这样的复杂光谱将被各个格位的光谱解析。
光的吸收与发射
光的吸收与发射光的吸收和发射是光学中一个重要的概念。
在自然界和科学实验中，我们可以观察到物体对光的吸收和发射现象。
这种现象的背后涉及到物体吸收光的能力和重新辐射出光的能力。
在本文中，我们将探讨光的吸收与发射的原理、应用和相关实验。
一、光的吸收原理光的吸收是指物体接收到光的能量并将其转化为其他形式的能量。
当光照射到一个物体表面时，光的能量会被物体的原子或分子吸收。
这一过程中，原子或分子的电子会吸收光子的能量，从低能级跃迁到高能级。
吸收光的能力与物体的性质有关，如颜色、光滑度和材料的特性等。
二、光的发射原理光的发射是指物体将吸收的能量重新辐射为光的过程。
当原子或分子从高能级回到低能级时，会释放出光的能量。
这个过程形成了物体发出光的现象。
发射的光的特性取决于能级跃迁的方式。
有些物体发射的光是热辐射，如烈火、太阳等；有些物体发射的光是荧光和磷光，如荧光灯、荧光笔等。
三、应用与实验光的吸收和发射现象在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
以下是其中的几个例子：1. 光谱分析光谱分析是一种通过观察物体吸收和发射的特定波长的光来研究物质的性质和组成的方法。
通过分析物体吸收和发射的光的频谱，我们可以得到关于物质的信息，如化学成分、温度和能量状态等。
2. 光吸收与能源利用在太阳能光电子器件中，光的吸收是转化太阳能为电能的关键步骤。
太阳能电池板中的光敏材料能吸收太阳光的能量，并将其转化为电能。
通过优化光吸收和能量转化的效率，可以提高太阳能电池的发电效率。
3. 荧光检测与诊断荧光现象广泛应用于生命科学和医学领域。
通过添加荧光染料或标记物，可以对生物样本进行荧光检测。
例如，在免疫组织化学中，通过荧光标记抗体可以定位和检测特定蛋白质的存在与分布。
四、光的吸收与发射实验为了更好地理解光的吸收与发射现象，我们可以进行一些简单的实验。
以下是几个常见的实验：1. 色谱实验色谱实验是通过将物质溶解在溶剂中，让溶剂上升到色谱纸上时，观察溶液分离出的不同颜色的带的实验。
吸收和发射光谱
吸收和发射光谱
吸收光谱和发射光谱是光谱学中的两种基本类型，它们都与物质对光的相互作用有关，通过分析这些光谱可以了解物质的性质和结构。
1.吸收光谱（Absorption Spectrum）吸收光谱是指当连续的
光源（如白炽灯发出的光）照射到物质上时，物质会选择性地吸收某些特定波长的光，使得在通过物质后的光谱中对应于这些特定波长的位置出现了暗线或暗带。
这些暗线代表了物质内部电子从一个能级跃迁至另一个能级所吸收的能量值，根据朗伯-比尔定律，吸收强度与物质浓度、光程长度以及吸收系数
成正比。
吸收光谱被广泛用于化学、物理、天文学等多个领
域，例如分析太阳光谱以确定太阳大气的组成成分。
2.发射光谱（Emission Spectrum）发射光谱则是在物质受到
激发后释放出能量的过程所产生的光谱。
当原子、离子或分子吸收能量后，其内部电子可能会跃迁到更高的能级，然后在返回较低能级的过程中释放能量，这种能量通常以光的形式表现出来，形成具有特定波长特征的亮线光谱。
这些亮线被称为发射线，每一条发射线对应于一种特定的能级跃迁。
荧光、磷光现象以及霓虹灯的颜色都是发射光谱的实例。
同样，天体物理
学中观测恒星等天体的光谱，可以通过分析其发射光谱来揭示天体的化学成分和物理状态。
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
元素常用光谱特征线解析
元素常用光谱特征线解析元素的光谱特征线是指在元素的光谱中具有较强的发射或吸收强度的特定频率的谱线。
每种元素都具有一组独特的光谱特征线，这些特征线可以用来鉴定元素的存在和测量其浓度。
本文将对元素常用的光谱特征线进行解析。
元素的光谱特征线可以分为两类：发射谱特征线和吸收谱特征线。
发射谱特征线是指当元素被加热或激发时，电子从高能级跃迁到低能级时产生的辐射。
这种辐射的频率和波长是特定的，由元素原子的电子能级结构决定。
每个元素都有一组特定的发射谱特征线，可以用来确定元素的存在和浓度。
以氢为例，氢原子的电子能级结构简单，只有一个电子。
当氢原子的电子从高能级跃迁到低能级时，会产生一系列的发射谱特征线。
其中最常见的是氢原子的巴尔末系列，包括巴尔末系、帕舍特系、布拉开特系等。
吸收谱特征线是指当元素被辐射物质（如气体或溶液）或固体吸收辐射时产生的谱线。
这些吸收谱特征线通常是元素的发射谱特征线的反向谱线，即在原子吸收谱中出现的吸收峰对应于原子发射谱中的发射峰。
以钠为例，钠原子的光谱中有两个重要的吸收谱特征线，分别是在波长为589.0纳米（黄线）和589.6纳米（黄线）的位置。
这两个吸收谱特征线被广泛用于测量钠的浓度，特别是在食品、环境和药物等领域。
除了上述的发射和吸收谱特征线，还有一些元素具有其他特殊的光谱特征线，如锂的谱线在紫外和蓝光区域，铝的谱线在紫外和红外区域，铜的谱线在绿光区域等。
光谱特征线的解析可以通过光谱仪进行。
光谱仪是一种将光谱分解为不同波长的光线的仪器。
常用的光谱仪包括光栅光谱仪、衍射光谱仪和干涉光谱仪等。
总之，光谱特征线是元素光谱中具有较强发射或吸收强度的特定频率的谱线。
各元素的光谱特征线是由其原子的电子能级结构决定的，可以用于鉴定元素的存在和测量其浓度。
了解和解析元素的光谱特征线对于理解和应用光谱学在化学分析、物质检测和新材料研究等领域具有重要意义。
光的吸收与透射定律
光的吸收与透射定律光是一种电磁波，对于物体的相互作用方式有吸收和透射两种。
光的吸收与透射定律是研究光在物体中传播过程中的规律，对于理解光的行为和物质性质具有重要意义。
本文将从光的吸收和透射的基本概念入手，逐步探讨光的吸收与透射定律。
首先，我们来介绍光的吸收。
光在物体中传播时，会与物体的粒子相互作用，光的能量会被物体所吸收。
吸收过程中，光的能量被转化为物体内部的能量，而物体的温度也会因此而升高。
物体对光的吸收程度跟物体的性质有关，不同物质对光的吸收能力不同，这也是为什么有些物体颜色会因为吸收特定波长的光而显现出不同色彩的原因。
其次，我们来探讨光的透射。
透射是指光穿过物体后继续传播的过程。
当光传播到一个界面上时，一部分光被吸收，一部分光被散射，另一部分光会透射到另一侧。
透射过程中，光的速度发生变化，从而产生了折射现象。
光的折射现象是由于光在不同介质中传播速度不同导致的。
折射角的大小与入射角、介质的折射率有关。
这种折射规律在日常生活中经常会遇到，如光线进入水中时看起来会发生偏折的现象。
除了吸收和透射外，光还会发生反射。
反射是指光传播到介质的界面上时，一部分光被反射回原介质中的现象。
反射过程中，光的角度与入射角度相等，这就是光的反射定律。
光的反射也是我们经常观察到的现象，比如镜子表面反射的光可以让我们看到自己的倒影。
光的吸收与透射定律可以用数学公式来描述。
根据光的吸收和透射规律，可以得到贝尔定律和布儒斯特定律。
贝尔定律描述了光在物体中吸收的过程，它指出物体吸收的光功率与光的入射功率成正比。
而布儒斯特定律描述了光在界面上透射的规律，它指出透射光的强度与入射角、介质的折射率有关。
在实际应用中，光的吸收与透射定律也有广泛的应用。
比如在材料科学中，研究光的吸收与透射可以帮助我们了解材料的光学性质，对于材料的开发和应用具有指导意义。
在光学仪器的设计中，光的吸收和透射规律也是重要考虑因素。
同时，光的吸收与透射定律的研究还对于环境保护和能源利用也具有一定的意义。
固体中的光吸收和光发射
2 2 ) ， ( ) 1 。 取 极 限 0 0
n
，为电磁波频率。 2 0 4 0
4
前面已经提到， I ( x) I (0) exp( x) ，
0
，当透入距离 x = d1=
1 =
0 时，光的强度衰减到原来的 1/e，通常称 1 为穿透深度。 4
（7）
x 取 E E 0 exp[i ( t )] ，于是得 v
2
v
2
i 0 2 0 0
（8a）
1 0 0 i 0 2 v
接近于真空的情形， 1 。因此，
（8b）
对光学中所讨论的大多数固体材料一般都是非磁性材料， 因此它们的磁导率系数
2 [ (
1 2
1 2 1 4 1 2 ) ( ) ...] ( ) . 2 0 8 0 2 0
（13b）
因此这种材料具有较小的消光系数，其穿透深度
d1 1
0 2 0 c 0 . 4
（14）
举例说明，对半导体材料 Ge 而言，电导率＝0.11－1cm－1， ＝ 16，满足条件
1 1 2 i 2 ( ). 2 v c c 0
其中用到 c
（9）
1
0 0
。
1 nc2 (n i )2 1 2 2 (n 2 2in ) ，与（9）式比较得 又因为 v c / nc ， 2 2 2 v c c c
n2 2
对金属材料：
1
0 0 4 4
4 0 0 0 c c 4
（12a）
对于不良导体， 较小， 当 2 (
光的吸收和发射名词解释
光的吸收和发射名词解释在我们日常生活中，光是我们所依赖的重要能源之一。
它在许多方面都起着重要的作用，比如照明、通信和能源利用等。
然而，要理解光的吸收和发射现象，我们需要了解一些相关的名词，这些名词可以帮助我们更好地理解光的行为和性质。
首先，我们来解释一下“光”的定义。
光是由电磁波组成的一种能量形式，它有着特定的频率和波长。
根据波长的不同，光可以分为可见光、红外线、紫外线等不同类别。
其中，可见光是人类肉眼可以看到的，而其他类别的光则需要特殊的仪器才能探测到。
接下来，让我们来讨论一下“吸收”这个名词。
吸收是指物体接收光的过程，当光与物体相互作用时，物体吸收光的能量。
吸收的程度取决于物体的特性，比如颜色、材质和光的波长等。
对于吸收较多光的物体来说，它们呈现出较暗的颜色，因为吸收的能量被物体所保存。
与吸收相反，我们来谈谈“发射”这个名词。
发射是指物体释放或辐射出吸收的光能量的过程。
当物体吸收光后，它可以重新向外散发出光，这个过程被称为发射。
发射的颜色和强度通常与吸收的光的特性相关联。
例如，荧光材料可以吸收紫外线并发射可见光，导致材料呈现出亮丽的颜色。
在探索光的吸收和发射现象时，一个重要的概念是“光谱”。
光谱是指将光的波长排序呈现成连续的频谱。
光谱可以用来识别物质的成分和性质。
例如，当光通过透明物体时，它会被吸收和发射，形成一个特定的光谱。
通过分析这个光谱，我们可以了解透明物体的化学成分以及光在物质中的相互作用过程。
除了光谱，还有一个重要的名词需要解释，那就是“能带”。
能带是描述固体中电子能级的概念，在光的吸收和发射过程中具有重要意义。
在固体中，原子通过相互作用形成晶体结构，导致电子能级发生变化。
根据电子能级的分布特征，固体材料可以被划分为价带和导带。
当物体吸收光能量时，电子会从价带跃迁到导带，形成吸收现象。
反之，当物体发射光能量时，电子会从导带跃迁到价带，形成发射现象。
除了以上名词的解释，我们还需要了解一些其他与光的吸收和发射有关的概念，如量子理论、斯托克斯位移和激光等。
光学基础知识光的吸收和发射
光学基础知识光的吸收和发射光学基础知识：光的吸收和发射光学是一门研究光的传播、吸收、发射等性质及其相互作用的学科。
光的吸收和发射是光学领域中的重要概念，我们将在下文中详细介绍。
一、光的吸收光的吸收是指物质对光能量的吸取过程。
当光射到物体上时，物质中的原子或分子会吸收光的能量，使其内部发生相应的变化。
1.1 吸收光的机制光的吸收机制主要有两种：电子跃迁和振动吸收。
对于过渡金属离子和其他一些物质，电子跃迁是主要的吸收机制。
而对于绝大多数物质，振动吸收是主要机制。
1.2 吸收光的特性物质对光的吸收是与光的波长相关的。
在可见光的光谱范围内，不同物质对不同波长的光吸收的强度是不同的。
这就解释了为什么我们会看到不同颜色的物体，在吸收光的过程中，物体会吸收光的某些波长，反射或透射其他波长的光，我们所见到的颜色就是被物体反射或透射的光的颜色。
二、光的发射光的发射是指物质从高能级向低能级跃迁时，发出光的过程。
当物质吸收光能量使电子激发至高能级时，电子会有一定的停留时间，随后跃迁回低能级并释放出光能量。
2.1 发射光的机制发射光的机制与吸收光的机制类似，在大多数情况下，发射光的机制主要是电子跃迁或振动发射。
2.2 发射光的特性物质发射光的特性与吸收光的特性有相似之处，同样与光的波长相关。
不同物质在各自特定的波长下会发射出不同颜色的光。
例如，氢气在氢原子频谱中发出的红、蓝、紫光，是由于不同能级间的电子跃迁导致的。
三、光的吸收和发射的应用光的吸收和发射在生活中和科学研究中有着广泛的应用。
3.1 光的吸收应用光的吸收是许多技术和设备的核心原理，例如光电器件、太阳能电池等。
光的吸收还可以应用于光化学反应、光合作用等领域。
3.2 光的发射应用光的发射应用广泛，如激光技术、荧光材料、LED显示技术等。
其中，激光技术在医疗治疗、通信、测量等领域发挥着重要作用。
总结：光的吸收和发射是光学基础知识中的重要概念。
物质对光的吸收和发射过程是与光的波长相关的，不同波长的光在物质中的相互作用导致了我们所见到的各种颜色和光的现象。
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。
光的吸收、色散和散射
E 2 p r I E2 4 p2 r2
瑞利认为：由于热运动破坏了散射体之间的位置关联，
各次波不再是相干的，计算散射时应将次波的强度而不
是振幅叠加起来，于是感生偶极辐射的机制导致正比于
4或1/4 。
2020年3月29日
30
光学教程专题 光的吸收、色散和散射
Mie散射 C.Mie(1908)和P.Debye(1909)以球形质点为
Nzq 2
0m
(02
02 2 2 )2 22
2n2
Nzq 2
0m
(02
2 )2
2 2
以上两式称为亥姆霍兹方程；实部反映了介质中感生电
偶极子电矩所产生的附加场的效果；虚部反映了感生电
偶极子对外电磁波能量的吸收。
2020年3月29日
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光学教程专题 光的吸收、色散和散射
光的发射、吸收和色散的经典电磁理论：
§3 光的相速和群速
光速的测定
1862年，J.B.L.Foucault测定空气和水中光 速之比近于4:3，直接有力地证明了惠更斯的波 动说（sini1:sini2=v1:v2）。
1885年，A.A.Michelson更精确地重复了傅 科的实验结果，但在另外的测试中得到空气和
CS2中光速比为1.758，与折射率法测得的1.64 相差甚大，绝非实验误差所致。
细说明。故常称为布格定律或朗伯定律。
2020年3月29日
2
光学教程专题 光的吸收、色散和散射
溶液的Beer定律：
对于溶液，实验表明，其吸收系数与其浓
度C 成正比：
I I0e ACl
Beer定律只有每个分子的吸收本领不受周围分 子影响时才成立，当溶液浓度大到足以使分子 间的相互作用影响到它们的吸收本领时，就会 发生对比尔定律的偏离。
光谱分析-光吸收
光谱分析
电磁辐射与物质相互作用引起光的吸收、反射和散 射，通过研究这些现象的规律从而进行物质分析，称为 光谱分析。
电子 光子
紫外、可见
裂片
红外
光子
光吸收谱 弹性散射
其关系为：
2k
c
4k
/ 0
吸收系数与频率相关, 随频率的变化关系称为吸收谱
光在吸收媒质中传播的经典描述
光波在吸收媒质中传播的理论基础是麦克
斯韦方程。如只涉及电中性媒质，对于电场强
度矢量E有下面的方程：
2E
0
E t
0 0
2E t 2
0
(4.1)
ε0：μ0自由空间的介电常数和磁导率，ε，μ：媒质的相对介电 常数和磁导率。
C1[(r 1) A i A ], C2[(r 1) / A i / A ]
式中:
A
2[(
2 r
2 i
)1/ 2
r
]1/ 2
(
2 r
2 i
)1/ 2
C1
[(r
1)2
2 i
]1
C2
2i
/[( r
1)2
2 i
](
2 r
2 i
)
系数α和β是光子能量的函数，它的符号和大小 对不同光谱区的调制反射谱的分析结果有一定影响， 而△εr和△εi的线形会因调制参数的不同而具有不同 的形式。它仅在电子能带结构的临界点区域才有较大 的响应，而具体形式与临界点的类型及布里渊区中的 位置有关。
图4-3 反射光谱附件 (b)可变角反射附件
光电子学器件的光谱特性与功能分析
光电子学器件的光谱特性与功能分析光电子学器件是一种将光与电子相互转换的技术，广泛应用于通信、显示、传感等领域。
光谱特性是光电子学器件的重要性能指标之一，它与器件的功能密切相关。
本文将探讨光电子学器件的光谱特性以及这些特性与器件功能之间的关系。
一、光电子学器件的光谱特性光电子学器件的光谱特性主要包括光吸收、光发射和光散射等方面。
其中，光吸收是指器件对入射光的吸收程度，它与器件的材料和结构密切相关。
光吸收谱可以通过测量入射光和透射光之间的差异来得到，其形状和峰值位置可以反映器件对不同波长光的吸收能力。
光吸收谱的特性可以用来确定器件的材料能带结构、能带宽度和禁带宽度等参数，进而影响器件的光电转换效率。
光发射是指器件在外部激发下发出的光信号。
光发射谱可以通过测量器件发出的光的波长和强度来得到，其形状和峰值位置可以反映器件的发光特性。
光发射谱的特性可以用来确定器件的发光机制、发光效率和发光波长范围等参数，进而影响器件的光源稳定性和光色品质。
光散射是指入射光在器件内部发生散射现象。
光散射谱可以通过测量散射光的波长和强度来得到，其形状和峰值位置可以反映器件的散射特性。
光散射谱的特性可以用来确定器件的表面粗糙度、杂质浓度和晶体结构等参数，进而影响器件的光学透过率和光学均匀性。
二、光谱特性与器件功能的关系光电子学器件的光谱特性与其功能之间存在着密切的关系。
以光吸收谱为例，器件对不同波长光的吸收能力决定了其对光信号的响应能力。
在光通信领域，光吸收谱的特性可以用来确定器件的工作波长范围和带宽，进而影响器件的光信号传输能力。
在光传感领域，光吸收谱的特性可以用来确定器件的灵敏度和选择性，进而影响器件对目标物质的检测能力。
光发射谱的特性与器件的发光特性密切相关。
在显示领域，光发射谱的特性可以用来确定器件的发光波长范围和色彩饱和度，进而影响器件的显示效果。
在照明领域，光发射谱的特性可以用来确定器件的光谱分布和光通量，进而影响器件的照明效果和能耗。
光的吸收和发射现象
光的吸收和发射现象光是一种电磁波，它在自然界中普遍存在且扮演着重要的角色。
光的吸收和发射现象是光与物质相互作用的结果，它们在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色。
本文将着重探讨光的吸收和发射现象，并深入解析其背后的物理原理和应用。
一、光的吸收现象光的吸收是指当光波传播到物体表面时，物体对光能的吸收和转化的过程。
当光波遇到物体时，一部分能量被吸收，转化为热能，而其余的则被物体通过散射或反射的方式传播出去。
光的吸收现象是物体对特定波长的光吸收能力与其材料特性相关的。
在微观层面上，物体的吸收光谱是由于其内部电子结构的特异性决定的。
具体而言，物体的吸收光谱与材料的能带结构和电子能级密切相关。
当光波与物体表面接触时，部分电子会吸收光能并跃迁至更高的能级，从而导致光的吸收现象。
光的吸收现象在日常生活中具有广泛应用。
例如，太阳能电池板正是利用了光的吸收现象将太阳光转化为电能。
太阳能电池板通常由半导体材料制成，这些材料能够吸收特定波长范围内的太阳光，并将光能转化为电能。
此外，我们在使用彩色物体时，能够感知到它们对特定波长的光有较强的吸收能力，这便是因为彩色物体对特定波长的光呈现出明显的吸收现象。
二、光的发射现象与光的吸收相对应，光的发射是指物体通过吸收光能后重新辐射出来的过程。
当物体吸收光后，一部分能量会以光的形式重新发射出去，这就是光的发射现象。
根据物体的发射行为，光的发射现象可分为自发辐射、刺激发射和热辐射三种形式。
自发辐射是指物体在没有外界激发的情况下，自发地发射光的现象。
自发辐射是一种基于量子力学的随机过程，其发射光的波长与强度与物体的温度和材料性质有关。
例如，烟花爆炸后，会发射出五彩斑斓的光芒，这是由于火药内部发生自发辐射所致。
刺激发射是指物体在外界激发下发射光的现象。
当物体中的电子跃迁回低能级时，会通过刺激发射的方式将吸收的能量释放出来，发射出与吸收光波相同或相干的光。
刺激发射在激光技术中得到广泛应用，例如激光器所发射的激光光线就是基于刺激发射原理。
谱线与光谱分析
谱线与光谱分析光谱分析是一项非常重要的科学技术，它在许多领域都得到了广泛应用，包括化学、物理、天文学等等。
而光谱中的谱线则是光谱分析的关键部分之一。
本文将围绕谱线与光谱分析展开讨论，探索其原理、应用和进展。
首先，我们先来了解谱线的意义。
谱线是指光谱中的窄而明显的线条，代表着特定波长或频率的光波。
每种物质都有其独特的谱线，就像人类的指纹一样，可以用来识别不同的元素或分子。
一般来说，谱线可以分为发射谱线和吸收谱线两种。
发射谱线是因为物质受到能量激发而产生的，而吸收谱线则是物质吸收特定波长的光而产生的。
接下来，让我们探讨一下光谱分析的原理。
光谱分析的基本原理是将样品与光进行相互作用，通过测量样品对光的吸收、发射或散射来获取信息。
当光通过样品时，不同组成的物质会对光产生特定的相互作用，造成光的波长或频率发生变化。
通过测量光的波长或频率的变化，就可以确定样品的组成及其含量。
而谱线则是通过对光进行分离和解析而得到的，它们的位置和强度都可以提供样品的特定信息。
光谱分析在许多领域都有广泛的应用。
在化学领域，光谱分析可以用来确定物质的分子结构和组成，推测反应机理以及检测污染物。
例如，核磁共振(NMR)、红外光谱(FTIR)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等技术都是常用的光谱分析方法。
在物理领域，光谱分析可以用来研究物质的电子结构、原子结构和分子结构，帮助科学家进一步理解物质的性质。
而在天文学中，通过分析星光的光谱，可以推断出星体的温度、化学成分和运动状态，帮助天文学家研究宇宙的起源和演化。
近年来，光谱分析技术不断发展，取得了许多进展。
其中一项重要的进展是光谱分辨率的提高。
光谱分辨率是指光谱仪器能够分辨出两个光谱线之间最小波长或频率差异的能力。
随着技术的进步，高分辨率光谱仪的出现使得科学家们能够更准确地测量谱线的位置和强度，从而提供更详细和准确的样品信息。
另外，光谱分析技术的迅速发展也促进了新型光谱仪器的研制和应用。
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8.ξ光的发射和吸收的半经典处理
关于原子结构的认识，主要来自对光（辐射场）与原子相互作用的研究， 在光照射下，原子可能吸收光而从低能级跃迁到高能级，或从较高能级跃迁到较
低能级而放出光，这分别叫光的吸收和受激辐射，实验还观察到没有外界光照射原子从激态发光跃迁到低能级而发光的自发辐射现象。
对原子吸收或放出的光进行光谱分析，可获得原子能级及相关性质的知识，光谱分析中有两个重要观测量——谱线频率和谱线相对强度。
前者取决于初末态的能量差，后者则与跃迁速率成正比。
光的吸收与辐射，涉及到光子的产生和湮灭，严格处理要用量子电动力学，即要把电磁场量子化（光子就是电磁场量子）。
但对光的吸收和受激辐射，可用半经典方法处理。
即把光子产生和湮灭的问题，转化为在电磁场作用下原子在不同能级之间跃迁的问题，此时，原子被作为一个量子力学体系对待；但辐射场仍用一个连续变化的电磁场来描述，并未进行量子化，即把光辐射场作为一个与时间有关的外界微扰，用微扰论近似计算原子的跃迁几率。
这个办法对处理自发辐射（无外界微扰——原子的H ∧
是守恒量，如果初始时刻原子处于某定态——H ∧的本征态，则原子应保持在该定态，不会跃迁到较低能级，没有自发辐射）无能为力。
但有趣的是，爱因斯坦在量子力学和量子电动力学建立之前，基于热力学和统计物理中平衡概念的考虑，回避了光子的产生和湮灭，巧妙地说明了原子的自发辐射。
1.爱因斯坦的发射和吸收系数
如下图：
自发发射系数mk A ：原子的单位时间内由m ε能级自发跃迁到k ε能级的几率。
受激发射系数mk B 吸收系数mk B ：设作用于原子的光波在d ωωω→+频率范围的能量密度是()I d ωω，则在单位时间内原子m ε能级受激跃迁到k ε能级并发出能量为mk ω的光子几率为()mk B I ω；原子由k ε能级吸收能量mk ω的光子并跃迁到m ε能级的几率为()mk B I ω。
利用热平衡条件及普朗克里体辐射公式推得，三个系数之间的关系为：
332,mk mk km mk mk B B A B c ωπ
== 2、用微扰理论计算发射和吸收系数。
光射到原子上时，光波中的电场E →和磁场B →都会对原子中的电子产生作用，但相对于电场的作用，磁场对电子的作用弱的多，可以忽略，只考虑电场的作用，作用范围是原子大小范围——电子出现的空间。
对可见光，λ在()10100400070001010m a m --⨯≈（原子线度），于是在原子范围内，电场变化很小，可以看作均匀电场。
①设入射光为单色平面波，0cos x E E E t ω==则电子在此电场中的势能为： '0cos x H exE exE t ω==，它远小于电子在原子中的势能，可看作微扰。
将'H 写成
指数形式，有：()'
02i t i t eE x H e e ωω-=+与P156（5.7.9）式比较：现在012F eE x ∧=。
于是，单位时间内原子由k Φ态跃迁到m Φ态的几率为：
()()()22220222022
2k m mk m k mk m k mk mk W F e E x e E x πεεωπεεωπωω→=
δ--=δ--=δ-
由电动力学知，电磁波的能量密度是：
220011122E D H B E B εμ→→→→⎛⎫⎛⎫⋅+⋅=+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝
⎭ 所以光波在一个周期内的平均值为：
()22200022
2
211223
4s
k m mk mk B I E E e I x πεεμπωωω→⎛⎫=+= ⎪⎝⎭∴=δ- ②实际光源发出的光并非单色光，而是在一定的频率范围内连续分布。
设频率在d ωωω→+之间的能量密度为()I d ωω。
于是，在频率连续分布的平面光作用下，原子在单位时间内由k Φ跃迁到m Φ的几率为：
()()()
2222222244s k m mk mk s mk mk e x I d e x I πωωωωωπω→=
δ-=⎰ ③若入射光非平面波，而是各向同性的实际光源发出的光。
则：
()()222222222
244s k m mk mk mk mk s
mk mk e I x y z e I r πωωπω→→⎡⎤=++⎣⎦=
而根据爱因斯坦关于三个跃迁系数的定义，原子在单位时间内由k ε能级跃迁到m ε能级，并吸收能量为mk ω的光子的几率是()mk mk B I ω。
所以，
2
22222222233223243
4343s mk mk s mk km mk mk mk s mk mk mk mk e B r e B B r e A B r r c c
ππωωπ→→→→=====∝于是
讨论：①发射光谱中，可见光区的谱线是自发跃迁而来的。
P167 ②自发跃迁的辐射强度的计算：P167
③激发态m Φ原子数目随时间的变化规律P167——P168。