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(huì)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(shí)驗(yàn)上研究光的吸收，通常用一束平行光照射在物質(zhì)上，測(cè)量光強(qiáng)隨穿透距離衰減的規(guī)律。朗伯定律朗伯定律設(shè)強(qiáng)度為I0的平行光束進(jìn)入均勻物質(zhì)中一段距離x后，強(qiáng)度已減弱到I，再通過(guò)一無(wú)限薄層dx時(shí)強(qiáng)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(guò)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?？啥x 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(gè)與濃度無(wú)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(shí)，分子間的相互作用不能忽略，此時(shí)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(guò)不均勻介質(zhì)時(shí)一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。散射會(huì)使光在原來(lái)傳播方向上的光強(qiáng)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(guò)介質(zhì)時(shí)因介質(zhì)的吸 收和散射的共同作用而使光強(qiáng)減弱的程度。ddeIeIIsa0)(0瑞利散射瑞利散射

3、 散射光的波長(zhǎng)與入射光相同，而其強(qiáng)度與波長(zhǎng)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(zhǎng)。 瑞利定律說(shuō)明了散射光中短波占優(yōu)勢(shì)，所以白光散射后呈青藍(lán)色，而直接通過(guò)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(qiáng)度與波長(zhǎng)四次方成反比，所以太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)較短的藍(lán)紫光比波長(zhǎng)較長(zhǎng)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(guò)天晴或秋高氣爽時(shí)（空中較粗微粒比較少，以分子散射為主），在大氣分子的強(qiáng)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(shí)，太陽(yáng)幾乎在我們視線的正前方，此時(shí)太陽(yáng)光在大氣中要走相對(duì)很長(zhǎng)的路

4、程，我們所看到的直射光中的波長(zhǎng)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(shí)太陽(yáng)附近呈現(xiàn)紅色，而云也因?yàn)榉瓷涮?yáng)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(duì)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(zhǎng)度的空心間隔物來(lái)間隔固定時(shí)，它也被稱作法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具或直接簡(jiǎn)稱為標(biāo)準(zhǔn)具。 對(duì)于法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具而言，其透射率隨波長(zhǎng)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(shí)它們有相長(zhǎng)干涉，對(duì)應(yīng)著標(biāo)準(zhǔn)具透射率的峰值；而當(dāng)透射光反相時(shí)則對(duì)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(lái)回多次的反射。最后透射出來(lái)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(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)干涉相長(zhǎng)的情況；