半導(dǎo)體光學(xué)315

1、第三章 光與物質(zhì)間的相互作用光的吸收光的吸收 光的散射光的散射法布里法布里- -珀羅諧振腔珀羅諧振腔 010102020303目目 錄錄1 1 光的吸收光的吸收 光的吸收是指原子在光照下，會吸收光子的能量由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)的現(xiàn)象。 從實驗上研究光的吸收，通常用一束平行光照射在物質(zhì)上，測量光強隨穿透距離衰減的規(guī)律。朗伯定律朗伯定律設(shè)強度為I0的平行光束進(jìn)入均勻物質(zhì)中一段距離x后，強度已減弱到I，再通過一無限薄層dx時強度I又增加了dI(dI1)。朗伯提出：光在同一吸收物質(zhì)內(nèi)通過同一距離后，光能量中將有同樣百分比的能量被該層物質(zhì)所吸收。可定義 為 吸收系數(shù) 上式為朗伯定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。ddaII

2、aaeIIdxIdIdxIdI00 0可得a比爾定律比爾定律 比爾在1852年提出光的吸收程度與吸收物質(zhì)濃度之間的關(guān)系，吸收系數(shù)正比于溶液濃度C，即 ，A是一個與濃度無關(guān)的常量，它表征吸收物質(zhì)的分子特性。 該定律僅適用于物質(zhì)分子的吸收本領(lǐng)不受四周鄰近分子的影響的情況。當(dāng)濃度很大時，分子間的相互作用不能忽略，此時比爾定律不成立。ACa2 2 光的散射光的散射光的散射是指光通過不均勻介質(zhì)時一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。散射會使光在原來傳播方向上的光強減弱，它遵從如下指數(shù)規(guī)律： 是衰減系數(shù)，它表征光通過介質(zhì)時因介質(zhì)的吸 收和散射的共同作用而使光強減弱的程度。ddeIeIIsa0)(0瑞利散射瑞利散射

3、 散射光的波長與入射光相同，而其強度與波長4成反比的散射，稱瑞利散射定律。此定律成立的條件是散射微粒的線度小于波長。 瑞利定律說明了散射光中短波占優(yōu)勢，所以白光散射后呈青藍(lán)色，而直接通過散射物質(zhì)的光，由于缺少了短波的成分，便顯得比較紅。 天空的顏色 晚霞的顏色 由于瑞利散射的強度與波長四次方成反比，所以太陽光譜中波長較短的藍(lán)紫光比波長較長得紅光散射更明顯，而短波中又以藍(lán)光能量最大，所以在雨過天晴或秋高氣爽時（空中較粗微粒比較少，以分子散射為主），在大氣分子的強烈散射作用下，藍(lán)色光被散射至彌漫天空，天空即呈現(xiàn)蔚藍(lán)色。 當(dāng)日落或日出時，太陽幾乎在我們視線的正前方，此時太陽光在大氣中要走相對很長的路

4、程，我們所看到的直射光中的波長較短藍(lán)光大量都被散射了，只剩下紅橙色的光，這就是為什么日落時太陽附近呈現(xiàn)紅色，而云也因為反射太陽光而呈現(xiàn)紅色，但天空仍然是藍(lán)色的。3 3 法布里法布里- -珀羅諧振腔珀羅諧振腔 光學(xué)中，法布里珀羅干涉儀是一種由兩塊平行的玻璃板組成的多光束干涉儀，其中兩塊玻璃板相對的內(nèi)表面都具有高反射率。法布里珀羅干涉儀也經(jīng)常稱作法布里珀羅諧振腔，并且當(dāng)兩塊玻璃板間用固定長度的空心間隔物來間隔固定時，它也被稱作法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具或直接簡稱為標(biāo)準(zhǔn)具。 對于法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具而言，其透射率隨波長的顯著變化是由于兩塊反射板之間多重反射光的干涉。當(dāng)透射光為同相時它們有相長干涉，對應(yīng)著標(biāo)準(zhǔn)具透射率的峰值；而當(dāng)透射光反相時則對應(yīng)著透射率的極小值。多重反射光彼此是否同相，取決于入射光的頻率、光線在標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)傳播的折射角、標(biāo)準(zhǔn)具的厚度及其所用材料的折射率。面光源S放在透鏡L1的焦平面上，使許多方向不同的平行光束入射到干涉儀上，在G、G間作來回多次的反射。最后透射出來的平行光束在第二透鏡L2的焦平面上形成同心圓形的等傾干涉條紋。其中定義精細(xì)度R稱為鍍銀面的反射率。精細(xì)度反映了干涉條紋的細(xì)銳程度。 當(dāng)相鄰兩束光之間的光程差為半波長的偶數(shù)倍時，會出現(xiàn)干涉相長的情況；