傳感器原理及其應(yīng)用-傳感器基礎(chǔ)效應(yīng)

傳感器的基礎(chǔ)效應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)2011班目錄光電效應(yīng) 鄒烈勇泡克耳斯效應(yīng) 陳黎妮克爾效應(yīng) 陳萍電致發(fā)光效應(yīng) 黃慧瑩電致發(fā)光效應(yīng) 黃慧瑩法拉第效應(yīng) 謝曉君磁光克爾效應(yīng) 李菁雯科頓-穆頓效應(yīng) 楊紫霜塞曼效應(yīng) 陳丹光磁效應(yīng) 王行健霍爾效應(yīng) 陳昊磁阻效應(yīng) 董揚(yáng)帆巨磁阻效應(yīng) 董揚(yáng)帆塞貝克效應(yīng) 時(shí)紅杰珀?duì)柼?yīng) 陳霖湯姆遜效應(yīng) 陳天恒壓電效應(yīng) 謝榕聲音的多普勒效應(yīng) 陶煥聲電效應(yīng) 劉進(jìn)聲光效應(yīng) 董濤磁聲效應(yīng) 柯奕佳納米效應(yīng) 余耀光彈效應(yīng) 戴敬禹

光電效應(yīng)鄒烈勇中文名稱：光電效應(yīng)英文名稱：photoelectriceffect外光電效應(yīng)現(xiàn)象物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。歷史光電效應(yīng)由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對發(fā)展量子理論起了根本性作用。大約1900年，馬克思·普朗克（MaxPlanck）對光電效應(yīng)作出最初解釋，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）這一理論。1902年，勒納（Lenard）也對其進(jìn)行了研究，指出光電效應(yīng)是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。但無法根據(jù)當(dāng)時(shí)的理論加以解釋。1905年，愛因斯坦26歲時(shí)提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)。基本原理外光電效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。當(dāng)金屬表面在特定的光輻照作用下，金屬會(huì)吸收光子并發(fā)射電子。材料Ag-O-Cs，Cs-Sb應(yīng)用傳感器上的應(yīng)用：制成光電管，光電倍增管生活中的應(yīng)用：發(fā)光二極管（LED）

泡克耳斯效應(yīng)陳黎妮英文名稱Pockelseffect理論來源1893年由德國物理學(xué)家F.C.A.泡克耳斯發(fā)現(xiàn)。一些晶體在縱向電場（電場方向與光的傳播方向一致）作用下會(huì)改變其各向異性性質(zhì)，產(chǎn)生附加的雙折射效應(yīng)，稱為電致雙折射。例如把磷酸二氫鉀晶體放置在兩塊平行的導(dǎo)電玻璃之間，導(dǎo)電玻璃板構(gòu)成能產(chǎn)生電場的電容器，晶體的不加電場時(shí)，入射光在晶體內(nèi)不發(fā)生雙折，加電場時(shí)。晶體發(fā)生雙折射。泡克耳斯效應(yīng)與所加電場強(qiáng)度的一次方成正比?；径x耳斯效應(yīng)（Pockels）：平面偏振光沿著處在外電場內(nèi)的壓電晶體的光軸傳播時(shí)發(fā)生雙折射現(xiàn)象，且兩個(gè)主折射率之差與外電場強(qiáng)度成正比，這種電光效應(yīng)即為泡克耳斯效應(yīng)。n1-n2=rER為比例常數(shù)。Pockelseffect也被稱為線性電光效應(yīng)基本原理一種電光效應(yīng)。某些晶體在電場作用下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的雙折射，這一雙折射與外加電場強(qiáng)度成正比。1893年德國物理學(xué)家F.泡克耳斯首先研究了這種線性電光效應(yīng)，由此而得名。（1）對于晶體，常用折射率橢球描述其折射率特性。在主軸坐標(biāo)系中可以寫為。（1）當(dāng)有外加電場作用時(shí)，晶體的折射率發(fā)生改變，因而方程（1）各項(xiàng)的系數(shù)也有相應(yīng)的改變，可以寫為（2）式（2）中分別對應(yīng)折射率橢球方程中x2，y2，z2，yz，xz，xy各項(xiàng)系數(shù)的改變量;Ej（j=1，2，3）分別表示電場各分量Ex，Ey，Ez;γj為電光張量，可用一個(gè)3×6的矩陣表示，共有18個(gè)矩陣元，其中有些可能為零，有些彼此相關(guān)。這些關(guān)系依賴于晶體的對稱性，只是在無中心對稱的晶體中才產(chǎn)生這種效應(yīng)（見晶體物理性能的對稱性）。若光沿光軸傳播，無外加電場時(shí)，沒有雙折射；若同時(shí)有平行于z軸的電場作用，則有雙折射產(chǎn)生。由式（2）可得式中分別對應(yīng)折射率橢球方程中x2，y2，z2，yz，xz，xy各項(xiàng)系數(shù)的改變量;Ej（j=1，2，3）分別表示電場各分量Ex，Ey，Ez;γj為電光張量，可用一個(gè)3×6的矩陣表示，共有18個(gè)矩陣元，其中有些可能為零，有些彼此相關(guān)。這些關(guān)系依賴于晶體的對稱性，只是在無中心對稱的晶體中才產(chǎn)生這種效應(yīng)（見晶體物理性能的對稱性）。若光沿光軸傳播，無外加電場時(shí)，沒有雙折射；若同時(shí)有平行于z軸的電場作用生。由式（2）可得（3）（3）式中no為晶體固有的尋常光折射率，ny'與nx'分別表示加電場后在晶體的感生主軸y‵與x‵方向的折射率。為使光波在x‵與y‵兩方向的偏振分量之間的位相差為π，所需加的電壓值稱為半波電壓，記為Vλ/2或Vπ，而，不但可以省去一個(gè)偏振器，而且調(diào)Q電壓只需，54（4）式中λ為光在真空中的波長。如上所述，光傳播方向與電場方向平行的情況稱為縱向電光效應(yīng)。泡克耳斯盒就是利用縱向電光效應(yīng)制成的一種快速電光開關(guān)。附圖表示這種電光開關(guān)的一例。圓柱形電光晶體KD*P置于兩偏振器P與A之間。圓柱的對稱軸即為晶體的光軸方向。與光軸垂直的兩端面是透明的。抾與·分別表示線偏振光的偏振方向平行于紙面和垂直于紙面。通過環(huán)形電極給晶體施加半波電壓Vπ。當(dāng)偏振器P與A的主軸平行時(shí)，光路是關(guān)閉的，因?yàn)樵诎氩妷鹤饔孟拢瑑善穹至康奈幌嗤七t為π，這相當(dāng)于偏振面旋轉(zhuǎn)了90°。透過P與晶體的偏振光正是A所不允許通過的。如果突然退掉晶體上的電壓，光路立即變?yōu)橥?。這種電光開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間小于1納秒。將泡克耳斯盒置于脈沖激光器的諧振腔內(nèi)，可做為調(diào)Q元件。若光在晶體中的傳播方向與電場垂直，則稱為橫向電光效應(yīng)。在這種情況下，可通過增大縱寬比（通光方向長度／加電壓方向的厚度）來降低有效半波電壓。用于光波振幅調(diào)制的電光調(diào)制器常采用這種方式。利用泡克耳斯效應(yīng)也可以做成電光偏轉(zhuǎn)器，用以改變光束的傳播方向。材料常用的具有泡克耳斯效應(yīng)的壓電材料是磷酸二氫鉀（KH2PO4簡稱kDP）等。應(yīng)用利用電光效應(yīng)可以制作電光調(diào)制器，電光開關(guān)，電光光偏轉(zhuǎn)器等，可用于光閘，激光器的Q開關(guān)和光波調(diào)制，并在高速攝影，光速測量，光通信和激光測距等激光技術(shù)中獲得了重要應(yīng)用。當(dāng)加在晶體上的電場方向與通光方向平行，稱為縱向電光調(diào)制（也稱為縱向運(yùn)用）;當(dāng)通光方向與所加電場方向相垂直，稱為橫向電光調(diào)制（也稱為橫向運(yùn)用）。利用電光效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對光波的振幅調(diào)制和位相調(diào)制。利用泡克耳斯效應(yīng)制成的電光調(diào)制器或電光開關(guān)，能以25*10Hz的頻率調(diào)制光度，如調(diào)制激光，可制成光纖電壓和電場傳感器。

克爾效應(yīng)陳萍中文名稱：克爾效應(yīng)英文名稱：Keereffect現(xiàn)象光照射具有各向同性的透明物質(zhì)（也可以是液體），在入射光垂直的方向上加以高電壓將發(fā)生雙折射，即一束入射光變成‘尋常’和‘異?！瘍墒錾涔狻v史1875年英國物理學(xué)家J·克爾發(fā)現(xiàn)光照射具有各向同性的透明物質(zhì)（也可以是液體），在入射光垂直的方向上加以高電壓將發(fā)生雙折射現(xiàn)象?；驹矸旁陔妶鲋械奈镔|(zhì)，由于其分子受到電力的作用而發(fā)生取向（偏轉(zhuǎn)），呈現(xiàn)各向異性，結(jié)果產(chǎn)生雙折射，即沿兩個(gè)不同方向物質(zhì)對光的折射能力有所不同。分類克爾效應(yīng)又分為克爾電光效應(yīng)﹑光學(xué)克爾效應(yīng)和磁學(xué)克爾效應(yīng)。（1）克爾電光效應(yīng)：或直流克爾效應(yīng)，是特殊情況下，電場是一種緩變的外部應(yīng)用領(lǐng)域。\o"查看圖片"

（2）光學(xué)克爾效應(yīng)：電場是由于光本身，這導(dǎo)致變異的折射率是成正比的地方輻射光。（3）磁學(xué)克爾效應(yīng)：根據(jù)反映的磁材料具有輕微旋轉(zhuǎn)偏振平面。材料具有各向同性的透明物質(zhì)（也可以是液體）應(yīng)用（1）傳感器上的應(yīng)用：制造幾乎無慣性的光的開關(guān)——光閘電場的極化作用非常迅速，在加電場后不到10-9秒內(nèi)就可完成極化過程，撤去電場后在同樣短的時(shí)間內(nèi)重新變?yōu)楦飨蛲浴＃?）生活中的應(yīng)用：高速攝影、光速測量和激光技術(shù)中。

電致發(fā)光效應(yīng)黃慧瑩中文名稱：電致發(fā)光效應(yīng)英文名稱：ElectroLuminesecenceEffect現(xiàn)象某些固態(tài)晶體（如高純度鍺、硅和砷化鎵等化合物半導(dǎo)體）在光和外加電場作用下發(fā)出冷光（指熒光和磷光）的現(xiàn)象；某些固態(tài)晶體（如磷化鎵、磷化銦等）無需外加激發(fā)光而在外加電場作用下即可發(fā)光的現(xiàn)象。歷史20世紀(jì)初，虞瑟福發(fā)現(xiàn)SiC晶體在電場作用下發(fā)光現(xiàn)象；50年代，人們將硫化鋅和有機(jī)介質(zhì)涂敷在透明導(dǎo)電玻璃上，再做上電極，加上交流電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電致發(fā)光；1981年開發(fā)出薄膜電致發(fā)光顯示器件?；驹韺㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為光能的過程。顯示特點(diǎn)主動(dòng)發(fā)光冷光源，面發(fā)光且亮度均勻無光斑，功耗小，壽命長（大于5000h），工作溫度范圍寬（－40~+70℃），超薄，可根據(jù)要求任意剪裁形狀和尺寸，其抗沖擊性、抗震動(dòng)性好。材料（1）某些固態(tài)晶體，如高純度鍺、硅和砷化鎵等化合物半導(dǎo)體（2）某些固態(tài)晶體，如磷化鎵、磷化銦等應(yīng)用（1）LCD模塊、手提電話、IC卡電話機(jī)、磁卡電話、電池供電的顯示屏、BP機(jī)、手表、汽車儀表板、音響及電視遙控器，手持GPS接收器、便攜式計(jì)算機(jī)等的主動(dòng)顯示或背光顯示。（2）電致發(fā)光板。電致發(fā)光板是一種發(fā)光器件，簡稱冷片管、EL燈、EL發(fā)光片或EL冷光片，它由背面電極層、絕緣層、發(fā)光層、透明電極層和表面保護(hù)膜組成，利用發(fā)光材料在電場作用下產(chǎn)生光的特性，將電能轉(zhuǎn)換為光能。

電致發(fā)光效應(yīng)黃慧瑩中文名稱：電致發(fā)光效應(yīng)英文名稱：ElectroLuminesecenceEffect現(xiàn)象某些固態(tài)晶體（如高純度鍺、硅和砷化鎵等化合物半導(dǎo)體）在光和外加電場作用下發(fā)出冷光（指熒光和磷光）的現(xiàn)象；某些固態(tài)晶體（如磷化鎵、磷化銦等）無需外加激發(fā)光而在外加電場作用下即可發(fā)光的現(xiàn)象。歷史20世紀(jì)初，虞瑟福發(fā)現(xiàn)SiC晶體在電場作用下發(fā)光現(xiàn)象；50年代，人們將硫化鋅和有機(jī)介質(zhì)涂敷在透明導(dǎo)電玻璃上，再做上電極，加上交流電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電致發(fā)光；1981年開發(fā)出薄膜電致發(fā)光顯示器件?；驹韺㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為光能的過程。顯示特點(diǎn)主動(dòng)發(fā)光冷光源，面發(fā)光且亮度均勻無光斑，功耗小，壽命長（大于5000h），工作溫度范圍寬（－40~+70℃），超薄，可根據(jù)要求任意剪裁形狀和尺寸，其抗沖擊性、抗震動(dòng)性好。材料（1）某些固態(tài)晶體，如高純度鍺、硅和砷化鎵等化合物半導(dǎo)體（2）某些固態(tài)晶體，如磷化鎵、磷化銦等應(yīng)用（1）LCD模塊、手提電話、IC卡電話機(jī)、磁卡電話、電池供電的顯示屏、BP機(jī)、手表、汽車儀表板、音響及電視遙控器，手持GPS接收器、便攜式計(jì)算機(jī)等的主動(dòng)顯示或背光顯示。（2）電致發(fā)光板。電致發(fā)光板是一種發(fā)光器件，簡稱冷片管、EL燈、EL發(fā)光片或EL冷光片，它由背面電極層、絕緣層、發(fā)光層、透明電極層和表面保護(hù)膜組成，利用發(fā)光材料在電場作用下產(chǎn)生光的特性，將電能轉(zhuǎn)換為光能。

法拉第效應(yīng)謝曉君中文名稱：法拉第效應(yīng)英文名稱：Faradayeffect現(xiàn)象當(dāng)線偏振光（見光的偏振）在介質(zhì)中傳播時(shí)，若在平行于光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場，則光振動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度ψ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長度l的乘積成正比，即ψ＝VBl，比例系數(shù)V稱為費(fèi)德爾常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。歷史1845年法拉第（MichalFaraday）發(fā)現(xiàn)玻璃在強(qiáng)磁場的作用下具有旋光性，加在玻璃棒上的磁場引起了平行于磁場方向傳播的線偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)基本原理當(dāng)一束平面偏振光穿過一些原來不具有旋光性的介質(zhì)，且給介質(zhì)沿光的傳播方向加一磁場，就會(huì)觀察到光經(jīng)過該介質(zhì)后偏振面旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，也就是說磁場使介質(zhì)具有了旋光性。分類無材料旋轉(zhuǎn)角大的磁性材料應(yīng)用法拉第效應(yīng)可用于混合碳水化合物成分分析和分子結(jié)構(gòu)研究。近年來在激光技術(shù)中這一效應(yīng)被利用來制作光隔離器和紅外調(diào)制器。該效應(yīng)可用來分析碳?xì)浠衔铮蛎糠N碳?xì)浠衔镉懈髯缘拇胖滦馓匦?；在光譜研究中，可借以得到關(guān)于激發(fā)能級的有關(guān)知識；在激光技術(shù)中可用來隔離反射光，也可作為調(diào)制光波的手段。因?yàn)榇艌鱿码娮拥倪\(yùn)動(dòng)總附加有右旋的拉穆爾進(jìn)動(dòng)，當(dāng)光的傳播方向相反時(shí)，偏振面旋轉(zhuǎn)角方向不倒轉(zhuǎn)，所以法拉第效應(yīng)是非互易效應(yīng)。這種非互易的本質(zhì)在微波和光的通信中是很重要的。許多微波、光的隔離器、環(huán)行器、開關(guān)就是用旋轉(zhuǎn)角大的磁性材料制作的。法拉第效應(yīng)有許多重用的應(yīng)用，尤其在激光技術(shù)發(fā)展后，其應(yīng)用價(jià)值倍增。如用于光纖通訊系統(tǒng)中的磁光隔離器，因?yàn)槠衩娴拇胖滦D(zhuǎn)取決于磁場的方向，與光的傳播方向無關(guān)，由此可設(shè)計(jì)成光隔離器，使光沿規(guī)定的方向通過同時(shí)阻擋反向傳播的光，從而減少光纖中器件表面反射光對光源的干擾；磁光隔離器也被廣泛用于激光多級放大技術(shù)和高分辨的激光光譜技術(shù)，激光選模等技術(shù)中。法拉第效應(yīng)的弛豫時(shí)間不大于10^10秒量級。在激光通訊、激光雷達(dá)等技術(shù)中已發(fā)展成類似微波器件的光頻環(huán)行器、調(diào)制器等。利用法拉第效應(yīng)的調(diào)制器（磁光調(diào)制器）在1μ～5μ的紅外波段將起重用作用，且磁光調(diào)制器需要的驅(qū)動(dòng)功率較電光調(diào)制器小的多，對溫度穩(wěn)定性的要求也較低。所以磁光調(diào)制是激光調(diào)制技術(shù)的重用組成之一，也常用于激光強(qiáng)度的穩(wěn)定裝置。又如作為重要的傳感機(jī)理應(yīng)用于電工測量技術(shù)中，在磁場測量方面，利用它弛豫時(shí)間短（約1010-秒）的特點(diǎn)制成的磁光效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)可測量脈沖強(qiáng)磁場，交變強(qiáng)磁場；利用它對溫度不敏感的特點(diǎn)，磁光效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)可適用于較寬的溫度范圍，如等離子體中強(qiáng)磁場，低溫超導(dǎo)磁場；在電流測量方面，利用電流的磁效應(yīng)和光纖材料的法拉第效應(yīng)，可測量幾千個(gè)安培的大電流或幾千KV的高壓電流等。

磁光克爾效應(yīng)李菁雯中文名稱：磁光克爾效應(yīng)英文名稱：Magneto-opticalKerreffect現(xiàn)象入射的線偏振光在已磁化的物質(zhì)表面反射時(shí)，振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。歷史在1845年，MichaelFaraday首先發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加磁場加在玻璃樣品上時(shí)，透射光的偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)，隨后他在外加磁場之金屬表面上做光反射的實(shí)驗(yàn)，但由于他所謂的表面并不夠平整，因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能使人信服。1877年JohnKerr在觀察偏振化光從拋光過的電磁鐵磁極反射出來時(shí)，發(fā)現(xiàn)了磁光克爾效應(yīng)（magneto-opticKerreffect）。1985年Moog和Bader兩位學(xué)者進(jìn)行鐵超薄膜磊晶成長在金單晶（100）面上的磁光克爾效應(yīng)做了大量實(shí)驗(yàn)，成功地得到一原子層厚度磁性物質(zhì)之磁滯回線，并且提出了以SMOKE（surfacemagneto-opticKerreffect的縮寫）來作為表面磁光克爾效應(yīng)，用以表示應(yīng)用磁光克爾效應(yīng)在表面磁學(xué)上的研究。基本原理克爾磁光效應(yīng)分極向、縱向和橫向三種，分別對應(yīng)物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與反射表面垂直、與表面和入射面平行、與表面平行而與入射面垂直三種情形。極向和縱向磁致旋光都正比于磁化強(qiáng)度，一般極向效應(yīng)最強(qiáng)，縱向次之，橫向則無明顯磁致旋光。分類磁光克爾效應(yīng)分為極向，橫向，縱向三種。（1）縱向克爾效應(yīng)，即磁化強(qiáng)度既平行于介質(zhì)表面又平行于光線的入射面時(shí)的克爾效應(yīng)；（2）極向克爾效應(yīng)，即磁化強(qiáng)度與介質(zhì)表面垂直時(shí)發(fā)生的克爾效應(yīng)；（3）橫向克爾效應(yīng)，即磁化強(qiáng)度與介質(zhì)表面平行時(shí)發(fā)生的克爾效應(yīng)（如圖所示）．材料MnBi應(yīng)用（1）傳感器上的應(yīng)用1.最重要應(yīng)用是觀察鐵磁體的磁疇。不同磁疇有不同自發(fā)磁化方向，引起反射光振動(dòng)面的不同旋轉(zhuǎn)，通過偏振片觀察反射光時(shí)，將觀察到與各磁疇對應(yīng)的明暗不同的區(qū)域。用此方法還可對磁疇變化作動(dòng)態(tài)觀察。2.磁光記錄原理展示生活中的應(yīng)用：醫(yī)學(xué)中用于判斷“腎結(jié)石”破碎的回聲探測儀。

科頓-穆頓效應(yīng)楊紫霜名稱中文名稱：科頓-穆頓效應(yīng)英文名稱：Cotton-MoutonEffect現(xiàn)象當(dāng)光的傳播方向與磁場垂直時(shí)，平行于磁場方向的線偏振光的相速不同于垂直于磁場方向的線偏振光的相速而產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象歷史又稱磁雙折射效應(yīng)，簡記為MLB。是1907年A.科頓和H.穆頓在液體中發(fā)現(xiàn)的。W.佛克脫在氣體中也發(fā)現(xiàn)了同樣效應(yīng)，稱佛克脫效應(yīng)，它比前者要弱得多?；驹懋?dāng)光的傳播方向與磁場垂直時(shí)，平行于磁場方向的線偏振光的相速不同于垂直于磁場方向的線偏振光的相速而產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。其相位差正比于兩種線偏振光的折射率之差，同磁場強(qiáng)度大小的二次方成正比。Ne-N。=C’λH2式中C’為科頓穆頓常數(shù)，它與光波波長λ和溫度有關(guān)，與磁場強(qiáng)度無關(guān)。材料鐵磁和亞鐵磁介質(zhì)中

塞曼效應(yīng)陳丹中文名稱：塞曼效應(yīng)英文名稱：Zeemaneffect現(xiàn)象當(dāng)光源放在足夠強(qiáng)的磁場中時(shí)，光源發(fā)出的每條光譜線都分裂成若干條偏振化的光譜線，分裂的譜線條數(shù)隨能級的類別而不同的現(xiàn)象。歷史1896年，荷蘭物理學(xué)家塞曼使用半徑10英尺的凹形羅蘭光柵觀察磁場中的鈉火焰的光譜，他發(fā)現(xiàn)鈉的D譜線似乎出現(xiàn)了加寬的現(xiàn)象。這種加寬現(xiàn)象實(shí)際是譜線發(fā)生了分裂。隨后不久，塞曼的老師、荷蘭物理學(xué)家洛侖茲應(yīng)用經(jīng)典電磁理論對這種現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。他認(rèn)為，由于電子存在軌道磁矩，并且磁矩方向在空間的取向是量子化的，因此在磁場作用下能級發(fā)生分裂，譜線分裂成間隔相等的3條譜線。塞曼和洛侖茲因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)共同獲得了1902年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1897年12月，普雷斯頓（T.supeston）報(bào)告稱，在很多實(shí)驗(yàn)中觀察到光譜線有時(shí)并非分裂成3條，間隔也不盡相同，人們把這種現(xiàn)象叫做為反常塞曼效應(yīng)，將塞曼原來發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象叫做正常塞曼效應(yīng)。反常塞曼效應(yīng)的機(jī)制在其后二十余年時(shí)間里一直沒能得到很好的解釋，困擾了一大批物理學(xué)家。1925年，兩名荷蘭學(xué)生烏侖貝克和古茲米特提出了電子自旋假設(shè)，很好地解釋了反常塞曼效應(yīng)。塞曼效應(yīng)也可以用來測量天體的磁場。1908年美國天文學(xué)家海爾等人在威爾遜山天文臺利用塞曼效應(yīng)，首次測量到了太陽黑子的磁場?；驹砣?yīng)證實(shí)了原子具有磁距和空間取向量子化的現(xiàn)象，至今塞曼效應(yīng)仍是研究能級結(jié)構(gòu)的重要方法之一。正常塞曼效應(yīng)可用經(jīng)典理論給予很好的解釋；而反常塞曼效應(yīng)卻不能用經(jīng)典理論解釋，只有用量子理論才能得到滿意的解釋。塞曼效應(yīng)的產(chǎn)生是原子磁矩和外加磁場作用的結(jié)果。分類1.若一條譜線分裂成三條、裂距按波數(shù)計(jì)算正好等于一個(gè)洛侖茲單位（L0=eB/4πmc）的現(xiàn)象稱為正常塞曼效應(yīng)；而分裂成更多條且裂距大于或小于一個(gè)洛侖茲單位的現(xiàn)象稱為反常塞曼效應(yīng)。正常塞曼效應(yīng)2.實(shí)驗(yàn)中不僅可以觀察到光譜發(fā)射線的塞曼效應(yīng)，吸收線也會(huì)發(fā)生塞曼效應(yīng)，這被稱為逆塞曼效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)儀器（材料沒的說）（1）干涉濾光片：其作用是只允許546.1nm的綠光通過，濾掉Hg原子發(fā)出的其它譜線，從而得到單色光。（2）偏振片：在垂直于磁場方向觀察時(shí)用以鑒別成分和成分。（3）CCD攝像頭：CCD是電荷耦合器件的簡稱，是一種金屬氧化物——半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的器件，具有光電轉(zhuǎn)換，信息存儲(chǔ)和信號傳輸（自掃描）的功能，在圖像傳感、信息處理和存儲(chǔ)多方面有著廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)由F—P標(biāo)準(zhǔn)具出射的多光束，經(jīng)透鏡會(huì)聚相干，呈多光束干涉條紋成像于CCD光敏面，利用CCD的光電轉(zhuǎn)換功能，將其轉(zhuǎn)換為電信號“圖像”，由熒光屏顯示，因?yàn)镃CD是對弱光極為敏感的光放大器件，故熒屏上呈現(xiàn)明亮、清晰的F—P干涉圖像。（4）F—P標(biāo)準(zhǔn)具：是由兩塊平行的光學(xué)玻璃（或石英）板中間夾有一個(gè)熱脹系數(shù)很小的石英（或銦鋼）間隔圈組成。兩玻璃板表面磨成光學(xué)平面，并且內(nèi)表面要高精度的平行，間隔圈的厚度起伏<；內(nèi)表面鍍有ZnS—MgF多層介質(zhì)高反射膜，使波長為546.1nm的入射光反射率，由于多次反射的結(jié)果，而獲得多光束的干涉，從而使其具有極高的分辨率（105～107）；為了消除兩平板的內(nèi)、外表面反射光產(chǎn)生的干涉條紋的重疊，特別使外表面與內(nèi)表面加工成1/6度左右的夾角；非固定式的標(biāo)準(zhǔn)具，還可更換不同厚度的間隔圈，用三個(gè)螺絲調(diào)節(jié)玻璃上三點(diǎn)壓力，來達(dá)到精確的平行。應(yīng)用（1）傳感器上的應(yīng)用：因變化量極小，難用于傳感器，但可用于激光穩(wěn)頻，制成雙頻激光器。（2）科學(xué)中的應(yīng)用：1.由塞曼效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果去確定原子的總角動(dòng)量量子數(shù)J值和朗德因子g值，近而去確定原子總軌道角動(dòng)量量子數(shù)L和總自旋量子數(shù)S的數(shù)值。2.由物質(zhì)的塞曼效應(yīng)分析物質(zhì)的元素組成

光磁效應(yīng)王行健光磁效應(yīng)是慈光效應(yīng)的逆效應(yīng)。因?yàn)槭欠ɡ诎l(fā)現(xiàn)的，故又稱法拉第效應(yīng)。其也被稱為光誘導(dǎo)慈效應(yīng)。現(xiàn)象光磁效應(yīng)（Magneto-opticaleffect）是指光照射物質(zhì)后，物質(zhì)磁性（如磁化率磁晶各向異性、磁滯回線等）發(fā)生變化的現(xiàn)象材料摻硅的釔鐵石榴（1967年R.W.蒂爾等人在摻硅的釔鐵石榴石

（YIG）中發(fā)現(xiàn)紅外光照射引起磁晶各向異性變化）基本原理光磁效應(yīng)多與非三價(jià)離子的代換有關(guān)，這種代換使亞鐵磁材料中出現(xiàn)了二價(jià)鐵離子，光照使電子在二、三價(jià)鐵離子間轉(zhuǎn)移，從而引起磁性的變化。應(yīng)用美國密歇根大學(xué)研究人員日前發(fā)現(xiàn)，光所產(chǎn)生的巨大磁效應(yīng)有望用于太陽能發(fā)電，即通過光電磁效應(yīng)來發(fā)電，從而替代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體太陽能電池。密歇根大學(xué)電氣工程及應(yīng)用物理學(xué)系教授斯蒂芬·蘭德表示：“我們可以利用光的磁效應(yīng)來制作一種光電池。過去或許我們總是無法看到這種可能，因?yàn)樗季S慣性使然。這一新發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著我們推翻了長達(dá)一個(gè)世紀(jì)之久的物理學(xué)信條?！睋?jù)悉，蘭德這篇文章發(fā)表在《應(yīng)用物理學(xué)雜志》上。雖然光具有電和磁性成分，但是科學(xué)家一直認(rèn)為這種磁場的影響很小，可以忽略。蘭德和他的同事發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度下，當(dāng)光線穿過不導(dǎo)電材料時(shí)，光場所產(chǎn)生的磁效應(yīng)比此前預(yù)期的要高出1億倍。在這種情況下，磁場效應(yīng)形成的強(qiáng)度就相當(dāng)于一種強(qiáng)電場的效應(yīng)。對此，蘭德稱：“新發(fā)現(xiàn)有望運(yùn)用于太陽能上，即不需使用太陽能電池、不需要半導(dǎo)體、不需要吸收光以產(chǎn)生電荷分離、太陽能電池的工作原理是，光進(jìn)入一種材料，隨后被吸收并產(chǎn)生熱。對于我們的新研究，我們期望有一個(gè)很低的熱負(fù)荷。不是光被吸收，而是能量存儲(chǔ)在磁矩中。強(qiáng)磁化的誘發(fā)可以采用強(qiáng)烈的光線，最終它可以提供一種電容性電源。”而這一切又都離不開光整流的發(fā)現(xiàn)。應(yīng)用物理學(xué)博士威廉·費(fèi)舍爾說，在傳統(tǒng)的光學(xué)矯正過程中，光的電場導(dǎo)致電荷分離，或者分開材料中的正負(fù)電荷。這就形成一個(gè)電壓，類似電池中的情形。這種電效應(yīng)以前在晶體材料中就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。這種材料具有一定的對稱性。蘭德和費(fèi)希爾發(fā)現(xiàn)，在正常情況下，在其他各種類型的材料中，光的磁場也可以形成光學(xué)矯正。費(fèi)舍爾表示：“事實(shí)上，這種磁場一開始就使電子彎曲，形成一種C形狀，它們每次前進(jìn)一點(diǎn)點(diǎn)，這種C形態(tài)的電荷運(yùn)動(dòng)既產(chǎn)生電偶極子，又產(chǎn)生磁偶極子。如果我們將很多這種偶極子排成一排，放在長纖維中，我們就可以制成一個(gè)巨大的電壓。通過抽取電壓，我們可以用它作電源。這其中有一個(gè)前提——光照必須穿過一種不導(dǎo)電材料，如玻璃等。同時(shí)，光必須聚焦，達(dá)到強(qiáng)度為每平方厘米1000萬瓦。雖然陽光本身沒有這么強(qiáng)，但我們正在積極尋找新材料，這些材料可在較低強(qiáng)度下工作。”費(fèi)舍爾說：“在最近的文章中，我們發(fā)現(xiàn)非相干光（incoherent

light）就像陽光，理論上幾乎可以同樣有效地產(chǎn)生電荷分離，就像激光一樣?！毖芯咳藛T預(yù)計(jì)，通過采用改進(jìn)的材料，太陽能轉(zhuǎn)換為可用能源的轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到10%。這相當(dāng)于當(dāng)今商用級別太陽能電池。費(fèi)舍爾認(rèn)為：“為了制造現(xiàn)代化的太陽能電池，我們就必須進(jìn)行大量半導(dǎo)體加工，我們需要的只是透鏡，以便聚焦光線，并依靠光線來引導(dǎo)它。玻璃兼具這兩個(gè)方面作用。我們并不需要對普通玻璃進(jìn)行太多加工，估計(jì)透明陶瓷的性能會(huì)更好?！睋?jù)悉，研究人員接下來將研究開發(fā)這種電源，先用激光，然后用陽光。

霍爾效應(yīng)陳昊中文名稱：霍爾效應(yīng)英文名稱：HallEffect現(xiàn)象當(dāng)電流垂直于外磁場的方向通過半導(dǎo)體薄片時(shí)，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩側(cè)表面之間有電位差的現(xiàn)象歷史美國物理學(xué)家霍爾（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢差也被叫做霍爾電勢差?；驹碓趯?dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場，會(huì)使得導(dǎo)線中的電子與電洞受到不同方向的勞倫茲力而往不同方向上聚集，在聚集起來的電子與電洞之間會(huì)產(chǎn)生電場，此一電場將會(huì)使后來的電子電洞受到電力作用而平衡掉磁場造成的勞倫茲力，使得后來的電子電洞能順利通過不會(huì)偏移，此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。V為電子運(yùn)動(dòng)方向材料一般用半導(dǎo)體作霍爾元件的材料。（半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)明顯強(qiáng)于導(dǎo)體）應(yīng)用（以磁場為工作媒體，將物體的運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關(guān)的功能。）電流傳感器：由于通電螺線管內(nèi)部存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感?；魻栯娏鱾鞲衅鞴ぷ髟砣鐖D所示，標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器有信號輸出2.位移傳感器：在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。3.轉(zhuǎn)速傳感器：在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。

磁阻效應(yīng)董揚(yáng)帆中文名稱：磁阻效應(yīng)英文名稱：magnetoresistiveeffect定義：由于磁場而引起的半導(dǎo)體或?qū)w電阻的變化?，F(xiàn)象當(dāng)通以電流的半導(dǎo)體或金屬薄片置于與電流垂直或平行的外加磁場中，其電阻隨外加磁場的變化而變化。歷史材料的電阻會(huì)因?yàn)橥饧哟艌龆黾踊驕p少，則稱電阻的變化稱為磁阻（MR）。磁阻效應(yīng)是1857年由英國物理學(xué)家威廉·湯姆森發(fā)現(xiàn)的，它在金屬里可以忽略，在半導(dǎo)體中則可能由小到中等。從一般磁阻開始，磁阻發(fā)展經(jīng)歷了巨磁阻（GMR）、龐磁阻（CMR）、穿隧磁阻（TMR）、直沖磁阻（BMR）和異常磁阻（EMR）。基本原理一定條件下，導(dǎo)電材料的電阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化規(guī)律稱為磁阻效應(yīng)。如圖1所示，當(dāng)半導(dǎo)體處于磁場中時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍耳電場。如果霍耳電場作用和某一速度載流子的洛侖茲力作用剛好抵消，那么小于或大于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁阻效應(yīng)。通常以電阻率的相對改變量來表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）為零磁場時(shí)的電阻率，設(shè)磁電阻在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中電阻率為ρ（B），則Δρ=ρ（B）-ρ（0）。由于磁阻傳感器電阻的相對變化率ΔR/R（0）正比于Δρ/ρ（0），這里ΔR=R（B）-R（0），因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對改變量ΔR/R（0）來表示磁阻效應(yīng)的分類若外加磁場與外加電場垂直，稱為橫向磁阻效應(yīng)；若外加磁場與外加電場平行，稱為縱向磁阻效應(yīng)。一般情況下，載流子的有效質(zhì)量的馳豫時(shí)時(shí)間與方向無關(guān)，則縱向磁感強(qiáng)度不引起載流子偏移，因而無縱向磁阻效應(yīng)。材料某些均勻的金屬或半導(dǎo)體，如銻化銦等。應(yīng)用目前，磁阻效應(yīng)廣泛用于磁傳感、磁力計(jì)、電子羅盤、位置和角度傳感器、車輛探測、GPS導(dǎo)航、儀器儀表、磁存儲(chǔ)（磁卡、硬盤）等領(lǐng)域。磁阻器件由于靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)字式羅盤、交通車輛檢測、導(dǎo)航系統(tǒng)、偽鈔檢別、位置測量等。其中最典型的銻化銦（InSb）傳感器是一種價(jià)格低廉、靈敏度高的磁阻器件磁電阻，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予來自法國國家科學(xué)研究中心的物理學(xué)家艾爾伯·費(fèi)爾和來自德國尤利希研究中心的物理學(xué)家皮特·克魯伯格，以表彰他們發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)。

巨磁阻效應(yīng)董揚(yáng)帆中文名稱：巨磁阻效應(yīng)英文名稱：GiantMagnetoresistance現(xiàn)象磁性材料的電阻率在有外磁場作用時(shí)較之無外磁場作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。歷史早在1988年，費(fèi)爾和格林貝格爾就各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了這一特殊現(xiàn)象：非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致磁性材料發(fā)生非常顯著的電阻變化。那時(shí)，法國的費(fèi)爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發(fā)現(xiàn)，微弱的磁場變化可以導(dǎo)致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，他把這種效應(yīng)命名為巨磁阻效應(yīng)（GiantMagneto-Resistive，GMR）。有趣的是，就在此前3個(gè)月，德國優(yōu)利希研究中心格林貝格爾教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在具有層間反平行磁化的鐵/鉻/鐵三層膜結(jié)構(gòu)中也發(fā)現(xiàn)了完全同樣的現(xiàn)象。?；驹砭薮烹娮瑁℅MR）效應(yīng)來自于載流電子的不同自旋狀態(tài)與磁場的作用不同，因而導(dǎo)致的電阻值的變化。GMR是一個(gè)量子力學(xué)效應(yīng)，它是在層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu)中觀察到的。這種結(jié)構(gòu)由鐵磁材料和非磁材料薄層交替疊合而成。當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時(shí)，載流子與自旋有關(guān)的散射最小，材料有最小的電阻。當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行時(shí)，與自旋有關(guān)的散射最強(qiáng)，材料的電阻最大。普通磁電阻（正，極小，各向異性）巨磁電阻（負(fù)，巨大，各向同性）分類壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。（1）正壓電效應(yīng)：由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男?yīng)。當(dāng)對壓電材料施加外力，材料體內(nèi)的電偶極矩會(huì)因壓縮而變短，壓電材料為抵抗變化會(huì)在材料表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，以保持原狀。（2）逆壓電效應(yīng)：由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的效應(yīng)。當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場時(shí)，某些介質(zhì)在一定方向上將產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)外電場撤去后，變形或應(yīng)力也隨之消失。材料立方鈣鈦礦型巨磁阻材料，如La，Ca，MnO，（LCMO），鐵磁材料應(yīng)用1.SV-GMR磁頭和傳感器構(gòu)成GMR磁頭和傳感器的核心元件是自旋閥（SpinValve）元件。它的基本結(jié)構(gòu)是由釘扎磁性層（例如Co）、Cu間隔層和自由磁性層（例如NiFe等易磁化層）組成的多層膜。由于釘扎層的磁矩與自由磁層的磁矩之間的夾角發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致SV-GMR元件的電阻值改變，進(jìn)而使讀出電流發(fā)生變化。運(yùn)用SV-GMR元件的磁傳感器，檢測靈敏度比使用MR元件的器件高1至數(shù)個(gè)量級，更容易集成化，封裝尺寸更小，可靠性更高。它不僅可以取代以前的MR傳感器，還可以制成傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)智能化，用來表述通行車輛，飛機(jī)機(jī)翼、建筑防護(hù)裝置或管道系統(tǒng)中隱蔽缺陷的特征，跟蹤地磁場的異?，F(xiàn)象等。2.巨磁電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM）3.無刷直流電機(jī)的應(yīng)用4.GMR醫(yī)用及生物磁場傳感器

5.

GMR在各種邏輯元件和全金屬計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

利用GMR材料可研制出磁性二極管、三極管和各種邏輯元件。目前正在把磁性GMR多層膜和半導(dǎo)體材料集成在一起，主要是利用電子的自旋注入（SPIN—INJECTION）來開發(fā)新的磁性器件。全金屬的計(jì)算機(jī)將成為可能。

塞貝克效應(yīng)時(shí)紅杰中文名稱：塞貝克效應(yīng)英文名稱：SeebeckEffect現(xiàn)象兩種不同金屬或半導(dǎo)體構(gòu)成的回路中，如果兩種金屬或半導(dǎo)體的結(jié)點(diǎn)處溫度不同，就會(huì)在回路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。歷史1820年代初期，塞貝克通過實(shí)驗(yàn)方法研究了電流與熱的關(guān)系。1821年，塞貝克將兩種不同的金屬導(dǎo)線連接在一起，構(gòu)成一個(gè)電流回路。他將兩條導(dǎo)線首尾相連形成一個(gè)結(jié)點(diǎn)，他突然發(fā)現(xiàn)，如果把其中的一個(gè)結(jié)加熱到很高的溫度而另一個(gè)結(jié)保持低溫的話，電路周圍存在磁場。他實(shí)在不敢相信，熱量施加于兩種金屬構(gòu)成的一個(gè)結(jié)時(shí)會(huì)有電流產(chǎn)生，這只能用熱磁電流或熱磁現(xiàn)象來解釋他的發(fā)現(xiàn)。在接下來的兩年里時(shí)間（1822～1823），塞貝克將他的持續(xù)觀察報(bào)告給普魯士科學(xué)學(xué)會(huì)，把這一發(fā)現(xiàn)描述為“溫差導(dǎo)致的金屬磁化”?？茖W(xué)學(xué)會(huì)認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因?yàn)闇囟忍荻葘?dǎo)致了電流，繼而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生了磁場。盡管塞貝克不認(rèn)同，但這一觀點(diǎn)被大多數(shù)人所接受，人們把這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。基本原理塞貝克效應(yīng)的原理圖與熱電偶測溫原理中用到的圖是相同的，如下圖所示：產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢稱為塞貝克電動(dòng)勢，它有兩部分組成：1）兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢，稱珀耳帖電勢；2）單一導(dǎo)體的溫差電勢，稱湯姆遜電勢。兩種金屬導(dǎo)體接觸時(shí)，自由電子由密度大的導(dǎo)體向密度小的導(dǎo)體擴(kuò)散，直至動(dòng)態(tài)平衡而形成，在接觸兩側(cè)失去電子的帶正電，得到電子的帶負(fù)電，從而得到穩(wěn)定的接觸電勢。單一導(dǎo)體的溫差電勢是由于自由電子在高溫端具有較大的動(dòng)能，向低溫端擴(kuò)散而形成的。高溫端失去電子而帶正電，低溫端得到電子而帶負(fù)電。因此，兩金屬導(dǎo)體Ａ、Ｂ組成的閉合回路，當(dāng)節(jié)點(diǎn)溫度分別為Ｔ1、Ｔ２時(shí)，溫差電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢為ＥＡＢ（Ｔ２，Ｔ１）﹦（T2‐T1）㏑＋﹙σA－σB﹚dT式中，k為波爾茲曼常數(shù)，k＝1.38×J/K;e為電子電荷量，e=1.602×C;na，nB為金屬材料A、B的自由電子密度；σA，σB為金屬A、B的湯姆遜系數(shù)。在一定溫度范圍內(nèi)，溫差電動(dòng)勢E為E=α﹙T2－T1﹚式中，α為塞貝克系數(shù)；T1、T2為閉合回路兩節(jié)點(diǎn)的溫度。分類半導(dǎo)體的Seebeck效應(yīng)金屬的Seebeck效應(yīng)材料金屬、半導(dǎo)體應(yīng)用塞貝克效應(yīng)發(fā)現(xiàn)之后，人們就為它找到了應(yīng)用場所。利用塞貝克效應(yīng)，可制成溫差電偶（thermocouple，即熱電偶）來測量溫度。只要選用適當(dāng)?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧希涂奢p易測量到從－180℃到+2000℃的溫度，如此寬泛的測量范圍，令酒精或水銀溫度計(jì)望塵莫及?，F(xiàn)在，通過采用鉑和鉑合金制作的熱電偶溫度計(jì)，甚至可以測量高達(dá)+2800℃的溫度！利用半導(dǎo)體的塞貝克效應(yīng)可以制成溫差發(fā)電器。它的主要元件是半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，它是由許多的PN結(jié)串聯(lián)起來輸出電壓的元件，一個(gè)PN結(jié)在溫差條件下產(chǎn)生電壓，把多個(gè)串聯(lián)形成較大的電壓供使用。半導(dǎo)體溫差發(fā)電的研究目前并未成熟，大規(guī)模應(yīng)用半導(dǎo)體溫差發(fā)電依然無法實(shí)現(xiàn)。塞貝克效應(yīng)也被運(yùn)用于熱電制冷技術(shù)中。

珀?duì)柼?yīng)陳霖簡介概要兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）構(gòu)成回路，當(dāng)回路中存在直流電流時(shí)，兩個(gè)接頭之間將產(chǎn)生溫度差，這就是珀?duì)柼?yīng)。帕爾帖效應(yīng)可以視為\o"塞貝克效應(yīng)"塞貝克效應(yīng)的反效應(yīng)，通常將塞貝克效應(yīng)稱為熱電第一效應(yīng)，帕爾帖效應(yīng)稱作熱電第二效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)過程珀?duì)柼F(xiàn)象最早是在1821年，由一位\o"德國"德國科學(xué)家ThomasSeeback首先發(fā)現(xiàn)，不過他當(dāng)時(shí)做了錯(cuò)誤的推論，并沒有領(lǐng)悟到背后真正的科學(xué)原理。1834年，一位法國表匠，同時(shí)也是兼職研究這現(xiàn)象的物理學(xué)家珀?duì)柼虐l(fā)現(xiàn)背后真正的原因?，F(xiàn)象當(dāng)電流流過兩種導(dǎo)體組成的閉合回路時(shí)，一結(jié)點(diǎn)處變熱（吸熱）另一結(jié)點(diǎn)處變冷（放熱）或當(dāng)電流以不同的方向通過金屬與導(dǎo)體相接觸處時(shí)，其接觸處或放熱或吸熱。原理電流流過兩種不同導(dǎo)體的\o"界面"界面時(shí)，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量。這就是帕爾帖效應(yīng)。由帕爾帖效應(yīng)產(chǎn)生的熱流量稱作\o"帕爾帖熱"帕爾帖熱，用符號\o"珀?duì)柼?yīng)"\o"點(diǎn)擊查看原圖"表示。對帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是：電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的\o"能級"能級，當(dāng)它從高能級向低能級運(yùn)動(dòng)時(shí)，便釋放出多余的能量；相反，從低能級向高能級運(yùn)動(dòng)時(shí)，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。材料理論上材料可以是任何兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）但是上世紀(jì)90年代，原\o"蘇聯(lián)"蘇聯(lián)科學(xué)家\o"約飛"約飛的研究表明，以\o"碲化鉍"碲化鉍為基的化合物是最好的\o"熱電半導(dǎo)體"熱電半導(dǎo)體材料。應(yīng)用半導(dǎo)體電子致冷元件——\o"熱電致冷器"熱電致冷器（簡稱TEC）與風(fēng)冷和水冷相比，半導(dǎo)體致冷片具有以下優(yōu)勢：（1）可以把溫度降至室溫以下；（2）精確溫控（使用閉環(huán)溫控電路，精度可達(dá)±0.1℃）；（3）高可靠性（致冷組件為固體器件，無運(yùn)動(dòng)部件，壽命超過20萬小時(shí)，失效率低）；（4）沒有工作噪音。

湯姆遜效應(yīng)陳天恒中文名稱：湯姆遜效應(yīng)英文名稱：ThomsonEffect現(xiàn)象導(dǎo)體兩端有溫度差時(shí)產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象，即當(dāng)電流在溫度不均勻的導(dǎo)體中流過時(shí)，導(dǎo)體除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量（稱為湯姆孫熱）。歷史1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學(xué)原理對塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)進(jìn)行了全面分析，并將本來互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認(rèn)為，在絕對零度時(shí)，帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡單的倍數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，他又從理論上預(yù)言了一種新的溫差電效應(yīng)，即湯姆遜效應(yīng)?；驹頊愤d效應(yīng)的物理學(xué)解釋是：金屬中溫度不均勻時(shí)，溫度高處的自由電子比溫度低處的自由電子動(dòng)能大。像氣體一樣，當(dāng)溫度不均勻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱擴(kuò)散，因此自由電子從溫度高端向溫度低端擴(kuò)散，在低溫端堆積起來，從而在導(dǎo)體內(nèi)形成電場，在金屬棒兩端便引成一個(gè)電勢差。這種自由電子的擴(kuò)散作用一直進(jìn)行到電場力對電子的作用與電子的熱擴(kuò)散平衡為止。公式及引申運(yùn)用Q=μI（ΔT）μ為湯姆遜系數(shù)，ΔT為導(dǎo)體兩端溫差。且湯姆遜系數(shù)和塞貝克系數(shù)的關(guān)系為：μ/T=dα/dT材料金屬導(dǎo)體組成的閉合回路一種半導(dǎo)體應(yīng)用湯姆遜效應(yīng)因?yàn)楫a(chǎn)生的電壓極其微弱，至今尚未發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。甚至在熱電偶工作原理的計(jì)算中，都加以忽略。原因是湯姆遜系數(shù)其數(shù)值非常小，而且與金屬材料及其溫度有關(guān)，譬如銅在0℃時(shí)湯姆遜系數(shù)只有2μV/℃，鉍的系數(shù)比較大，常溫下也只有10V/℃左右。所以在熱電效應(yīng)運(yùn)用中，湯姆遜效應(yīng)一般可以忽略而只考慮塞貝克效應(yīng)和帕貼耳效應(yīng)。

壓電效應(yīng)謝榕中文名稱：壓電效應(yīng)英文名稱：PiezoelectricEffect現(xiàn)象某些電介質(zhì)沿一定方向受外力作用，在其一定的兩個(gè)表面產(chǎn)生異號電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)的現(xiàn)象。歷史1880年，居里兄弟首先發(fā)現(xiàn)電氣石的壓電效應(yīng)，從此開始了壓電學(xué)的歷史。1881年，居里兄弟實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，給出石英相同的正逆壓電常數(shù)。第一次世界大戰(zhàn)，居里的繼承人郎之萬最先利用石英的壓電效應(yīng)，制成了水下超聲探測器，用于探測潛水艇，從而揭開了壓電應(yīng)用史篇章。基本原理機(jī)械能與電能互換的一種現(xiàn)象。晶格內(nèi)原子間特殊的排列方式，使得材料有應(yīng)力場與電偶的效應(yīng)。分類壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。（1）正壓電效應(yīng)：由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男?yīng)。當(dāng)對壓電材料施加外力，材料體內(nèi)的電偶極矩會(huì)因壓縮而變短，壓電材料為抵抗變化會(huì)在材料表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，以保持原狀。（2）逆壓電效應(yīng)：由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的效應(yīng)。當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場時(shí)，某些介質(zhì)在一定方向上將產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)外電場撤去后，變形或應(yīng)力也隨之消失。材料（1）石英晶體、鈮酸鋰（LiNbO3）、鎵酸鋰（LiGaO3）、鍺酸鉍（Bi12GeO20）等單晶體（2）經(jīng)極化處理后的多晶體，如鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷（PZT）（3）高分子壓電薄膜（如聚偏二氟乙烯（PVDF））（4）壓電半導(dǎo)體（如ZnO、Cds）應(yīng)用（1）傳感器上的應(yīng)用：利用壓電效應(yīng)可制成壓電傳感器、壓電超聲波探頭、壓電表面波傳感器及壓電陀螺等。利用正壓電效應(yīng)可將力、壓力、振動(dòng)、加速度等非電量轉(zhuǎn)換成電量。利用逆壓電效可制成超聲波發(fā)生器、聲發(fā)射傳感器、頻率高度穩(wěn)定的晶體振蕩器。（2）生活中的應(yīng)用：壓電打火機(jī)這種打火機(jī)所應(yīng)用的是“壓電”的原理。有些晶體的結(jié)構(gòu)比較特別，當(dāng)受到壓力而改變形狀時(shí)，會(huì)放出少量的高壓電流。打火機(jī)內(nèi)就有那種晶體，當(dāng)我們按打火機(jī)的“扳機(jī)”，利用杠桿原理，晶體就會(huì)受壓而發(fā)出電流，令兩個(gè)相隔很近的電極在空氣中放電，產(chǎn)生一個(gè)小火花來達(dá)到點(diǎn)火的效果。

聲音的多普勒效應(yīng)陶煥中文名：聲音的多普勒效應(yīng)英文名：Doppereffectofsound現(xiàn)象當(dāng)聲源和觀察者（或聲接收器）在連續(xù)介質(zhì)中有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的聲波頻率與聲源發(fā)生的頻率不同，兩者靠近時(shí)頻率升高，遠(yuǎn)離時(shí)頻率降低。歷史1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時(shí)汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)酰粽{(diào)變低。他對這個(gè)物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對運(yùn)動(dòng)，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。基本原理聲源完成一次全振動(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接受到的頻率，即單位時(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。當(dāng)波源和觀察者有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率會(huì)改變．在單位時(shí)間內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，即接收到的頻率增大．同樣的道理，當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)數(shù)減少，即接收到的頻率減?。畱?yīng)用（1）醫(yī)學(xué)應(yīng)用為了檢查心臟、血管的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解血液流動(dòng)速度，可以通過發(fā)射超聲來實(shí)現(xiàn)。由于血管內(nèi)的血液是流動(dòng)的物體，所以超聲波振源與相對運(yùn)動(dòng)的血液間就產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。血管向著超聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射波的波長被壓縮，因而頻率增加。血管離開聲源運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射波的波長變長，因而在單位時(shí)向里頻率減少。反射波頻率增加或減少的量，是與血液流運(yùn)速度成正比，從而就可根據(jù)超聲波的頻移量，測定血液的流速。（2）交通應(yīng)用交通警向行進(jìn)中的車輛發(fā)射頻率已知的超聲波同時(shí)測量反射波的頻率，根據(jù)反射波的頻率變化的多少就能知道車輛的速度。裝有多普勒測速儀的監(jiān)視器有時(shí)就裝在路的上方，在測速的同時(shí)把車輛牌號拍攝下來，并把測得的速度自動(dòng)打印在照片上。

聲電效應(yīng)劉進(jìn)中文名稱：聲電效應(yīng)英文名稱：Sound-electroniceffect概念在半導(dǎo)體中，超聲（或聲子）與自由載流子相互作用所產(chǎn)生的多種物理效應(yīng)，統(tǒng)稱為聲電效應(yīng)。現(xiàn)象聲波的衰減或放大（聲子的吸收或發(fā)射），大振幅超聲對半導(dǎo)體電壓電流特性的影響等原理聲波在半導(dǎo)體中→產(chǎn)生傳播的周期性勢場波（周期與聲波相同）；在電子的平均自由程（）比聲波的波長（）小時(shí)，則電子不斷遭受聲子散射而失去能量→電子將被聲波周期性電勢場的波谷所俘獲。（為聲子的波數(shù)），注：平均自由程指的是兩次碰撞之間一個(gè)電子平均所走的距離。聲波在半導(dǎo)體傳播時(shí)，電子即被聲波勢場牽引著向前運(yùn)動(dòng)，→產(chǎn)生了電動(dòng)勢→聲波致電的效應(yīng)?！咀ⅰ浚@里的聲子指的是聲波的能量子。舉例聲波的衰減和放大前提條件-1.電子要落在聲波的周期電勢場谷中；2.外加電場使電子漂移運(yùn)動(dòng)。電子漂移速度<聲波速度時(shí)，聲波周期勢場牽引電子向前，聲波衰減；電子漂移速度>聲波速度時(shí)，電子推壓聲波周期勢場，聲波被放大。材料半導(dǎo)體如氧化鋅，砷化鎵應(yīng)用超聲波放大器高速電子推著聲波前進(jìn)，聲波得以放大。電信號→聲信號→放大→聲信號→電信號

聲光效應(yīng)董濤中文名稱：聲光效應(yīng)英文名稱：AcoustoopticEffect現(xiàn)象某些介質(zhì)在聲波（主要指超聲波）的作用下，其光學(xué)特性（如折射率）發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為聲光效應(yīng)。歷史1922年，L.N.布里淵在理論上預(yù)言了聲光衍射;1932年P(guān).J.W.德拜和F.W.席爾斯以及R.盧卡斯和P.比夸特分別觀察到了聲光衍射現(xiàn)象。從1966年到1976年期間，聲光衍射理論、新聲光材料及高性能聲光器件的設(shè)計(jì)和制造工藝都得到迅速發(fā)展。1970年，實(shí)現(xiàn)了聲表面波對導(dǎo)光波的聲光衍射，并研制成功表面（或薄膜）聲光器件。1976年后，隨著聲光技術(shù)的發(fā)展，聲光信號處理已成為光信號處理的一個(gè)分支?；驹懋?dāng)超聲波傳過介質(zhì)時(shí)，在其內(nèi)產(chǎn)生周期性彈性形變，從而使介質(zhì)的折射率產(chǎn)生周期性變化，相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的相位光柵，稱為聲光效應(yīng)。若同時(shí)有光傳過介質(zhì)，光將被相位光柵所衍射，稱為聲光衍射。聲光衍射分類聲光衍射可分為拉曼-拉斯（Ranman-Nath）衍射和布拉格（Bragg）衍射兩種情況。拉曼-拉斯衍射：超聲波頻率較低，當(dāng)光波平行于聲波面入射（即垂直于聲場傳播方向），聲光互作用長度（作用長度）L較短時(shí)，產(chǎn)生拉曼－賴斯衍射。由于聲速比光速小得多，故聲光介質(zhì)可視為一個(gè)靜止的平面相位光柵。而且聲波長比光波長大得多，當(dāng)光波平行于聲波面通過介質(zhì)時(shí)，幾乎不通過聲波面，因此只受到相位調(diào)制，即通過光學(xué)稠密（折射率大）部分的光波波陣面將推遲，而通過光學(xué)疏松（折射率小）部分的光波波陣面將超前，于是通過聲光介質(zhì)的平面波波陣面出現(xiàn)凸凹現(xiàn)象，變成一個(gè)折皺曲面，如圖3所示。由出射波陣面上各子波源發(fā)出的次波將發(fā)生相干作用，形成與入射方向?qū)ΨQ分布的多級衍射光，這就是拉曼－賴斯衍射。布拉格衍射：當(dāng)超