光電子技術(shù)(基礎(chǔ)光學(xué)知識)(參考版)
2025-01-02 22:44本頁面
【正文】 Nano Porous Materials Group 圖 振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波的方向及電磁波的電磁場方向 （ a）沿 z軸方向偶極子發(fā)射電磁波的磁場方向；（ b）偶極子為中心發(fā)射球面電波； (c)偶極天線的發(fā)射角分布。可用相同的原理加以說明，一個振蕩電偶極子，以導(dǎo)線為中心發(fā)射球面電波。從原子所發(fā)射出的光以及作加速運動的帶電粒子所發(fā)射的電磁波都是按上述的方式發(fā)射的。電磁波的強度依賴于發(fā)射的方向。 ? 即開始的電場 E朝 z方向稍一前進(jìn)，此處就有磁場產(chǎn)生，新的磁場又激發(fā)起新的電場，這個過程反復(fù)進(jìn)行，振蕩電場與磁場組合在一起在空中形成電磁波的傳播。電通量密度 ε0E隨時間增加，電場隨時間變強，意味著回路有位移電流通過 ,沿 ABCD面產(chǎn)生磁場 B，并指向 y的方向，形成一磁通量密度的閉合回路 EFGH。以原點為中心，發(fā)射光波作為一種電磁波在空間進(jìn)行傳播，從圖 向 z軸的傳播，實際上也將電場和磁場在空間進(jìn)行了傳播，這種情況我們可以由圖 。存在振蕩電偶極子，就有電磁波發(fā)射。不管何種電磁波，其理論基礎(chǔ)都相同，在自由空間中電磁波的電磁場總是垂直于傳播方向的。介質(zhì)的折射率 n 介質(zhì)材料的性質(zhì)有關(guān)，介質(zhì)的介電常數(shù)用 ε,真空中的介電常數(shù)用 ε。以光速表示在折射率為 n的介質(zhì)中傳播的電磁波速度 υ為 ? υ= c / n () ? 通常，介質(zhì)的折射率是頻率 f的函數(shù)，因此，電磁波頻率改變時，折射率也隨之改變。我們已知了電磁波在真空中傳播的速度稱為光速，以 c表示。 Nano Porous Materials Group 圖 光是由電場與磁場組合成的電磁波 圖 光和電波等電磁波在空間的傳播方式 Nano Porous Materials Group ? 光在某一時刻的狀態(tài)，可用電場矢量、磁場矢量和傳播矢量來描述。 ? 用 υ表示波的傳播速度，一切波動（不僅是電波和光之類的電磁波，而且包括聲波）的波長 λ與頻率 f（也稱為振動次數(shù)）之間，都有關(guān)系式 ? υ= λf （ ） ? 當(dāng)質(zhì)點的傳播方向與其質(zhì)點作垂直振動的方向形成直角時，形成的是一種橫波。自然光中的白光具有的頻譜成分，如同火花放電那樣，其連續(xù)性是由無數(shù)伴有衰減振動的脈沖光集合而成。 Nano Porous Materials Group ? 盡管光與電波、 X射線一樣，都是電磁波，但是一直到激光出現(xiàn)以前所謂光都只是自然光，與現(xiàn)存的人為形成并且相位一致的電波相比，它們是雜亂無章的、相位不整齊的，我們可以把它稱為“噪聲光”。 ? 2) 光電子作為一種電磁波，其頻率高，粒子性比波動性更加明顯。 ? 但是兩者在本質(zhì)上還是完全不相同。而光電子學(xué)的研究對象則是光子（或是與之相關(guān)的載流子）。全面的理解應(yīng)該是粒子中滲透著波動性，波動中滲透著粒子性，它們所包含的意義比原來的粒子和波動深刻得多。有關(guān)光的黑體輻射、吸收光譜和光電效應(yīng)等現(xiàn)象有時更適合用粒子觀點來解釋。例如，當(dāng)光在傳播過程中，其波動性明顯，這時往往把光看成由一列一列的光波組成，其表現(xiàn)出的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象可用波動觀點來解釋。 ? 波動性和粒子性是光的客觀屬性，兩者總是同時存在的。 Nano Porous Materials Group ? 應(yīng)當(dāng)指出，單獨用經(jīng)典的波或粒子概念之一去描述光，都不足以完滿地解釋光的全部現(xiàn)象，必須同時考慮到光所具有的“波粒二重性”，即需要顧及到光不僅具有波動性，而且還具有粒子性的雙重特性。這種高簡并度的新光源發(fā)出的光，單色亮度高，大量光子處于相同的光子態(tài)，有確定的運動方向、頻率和偏振，稱之為相干光。 ? ? 對于光頻率波段，在常溫（例如 T = 25℃ ）下，普通熱光源的光子簡并度極低。處于同一光子態(tài)的光子彼此之間是不可區(qū)分的。組成光輻射場的巨大數(shù)量的光子分別處于各自不同的光子統(tǒng)計狀態(tài)。光子學(xué)說理論可以解釋光的發(fā)射、光的吸收、光電效應(yīng)等與光和物質(zhì)相互作用有關(guān)的諸多現(xiàn)象。 ? (4)光子具有自旋的特性，其自旋的量子數(shù)為整數(shù)，所以光子的集合服從玻色一愛因斯坦（ BoseEinstein）統(tǒng)計規(guī)律。從固體物理觀點，質(zhì)量可分為靜態(tài)質(zhì)量和動態(tài)質(zhì)量兩類。s。關(guān)于光子的基本性質(zhì)可以歸納為以下幾個方面： ? （ 1）光子具有能量 E，其能量與一定的光頻率 υ相對應(yīng)，如式（ ）所示。根據(jù)這樣的認(rèn)識導(dǎo)致出現(xiàn)了光子學(xué)說。 ? 衍射現(xiàn)象與光的干涉有關(guān)，衍射的本質(zhì)可用惠更斯一菲涅耳原理解釋：光波在介質(zhì)中傳播的各點均可視為產(chǎn)生子波的新波源，同一波面前上的各點發(fā)出的子波傳播到空間某一點時，各子波間也可以互相疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，由于波面前邊緣各點發(fā)出的子波離開軸心，所以邊緣部分的波發(fā)生某些彎曲，后續(xù)的波前越來越彎曲，因而發(fā)生了衍射現(xiàn)象。 2,… ） () ? ? 光線不僅會直射，也會繞射。 2,… ） () ? 或 ? δ=λ(2
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