材料物理导论-思考题5

第四章材料的光学

1.讨论光通过固体材料时会发生哪些现象？定量分析涉及哪些物理参量？

光通过固体材料时会发生以下现象：反射、折射、衍射、吸收；固体在光作用下的现象有发光、光电作用、光磁作用等。

需要定量分析反射率，透射率、吸收率，发光效率，光的频率，波长等物理参量。2.影响材料光学性能的主要因素有哪些？并讨论产生这些影响的原因。

影响材料光学性能的主要因素从本质上说是其的元素种类和晶体结构。不同元素和晶体结构导致材料拥有不同的能带结构。在固体受到光辐射时，如果辐射光子的能量不足以使电子由价带跃迁至导带，那么晶体就不会激发，也不会发生对光的吸收

3.材料发光的机理是什么？固体发光材料科在常温下发光，一般有哪些可做激

发源？

发光：一般用来描述某些固体材料由于吸收能量而随之发生的发射光现象。电子由高能级向低能级跃迁会释放能量，能量以电磁波形式释放，处在可见光区域时，表现为发光。

发光可以以激发光源类型的不同划分为如下发光类型：

光致发光：以光子或光为激发光源，常用的有紫外光作激发源。

电致发光：以电能作激发源。

阴极致发光：使用阴极射线或电子束为激发源。

4.说明半导体发光材料和半导体太阳能电池原理的区别

半导体发光材料原理：如果将n型半导体和p型半导体结合在一起形成一个p-n结，那么可以在p-n结处促使激发态电子（来自n型半导体导带）和空穴（来自p型半导体价带）复合。在p-n结处施加一个正偏向压，可以将n区的导带电子注入到p区的价带中，在那里与空穴复合，从而产生光子辐射。这种发光值发生在p-n结上，故称作注入结型发光。这是一种电致发光。

半导体太阳能电池原理：用大于能隙宽度的能量的光照射p-n结，半导体吸收光能，电

子从价带激发到导带，价带中产生空穴。P区的电子向n区移动，n区的空穴向p区移动，结果产生电荷积累，P区带正电，n区带负电，如果外接电路，电路中就会有电流通过。利用这种原理可以将太阳能转化为电能。

5、激光的工作机理是什么？

原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量hυ正好为某一对能级之差E2-E1,则这原子可以在此外来光子的诱发（原子在高能阶时受到一个光子的撞击）下从高能级E2向低能级E1跃迁。这种受激辐射的光子有显著的特点，就是原子可发出与诱发光子全同的光子，不仅频率（能量）相同，而且发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样。于是，入射一个光子，就会出射两个完全相同的光子。这意味着原来光信号被放大这种在受激过程中产生并被放大的光，就是激光。

一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而且它也能引起受激吸收，所以只有当处在高能级地原子数目比处在低能级的还多时，受激辐射跃迁才能超过受激吸收，而占优势。由此可见，为使光源发射激光，而不是发出普通光的关键是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多，这种情况，称为粒子数反转。但在热平衡条件下，原子几乎都处于最低能级（基态）。因此，如何从技术上实现粒子数反转则是产生激光的必要条件。