光辐射物理基础(一)
光电子物理基础第一章-物质中光的吸收和发射
• 有限范围内成立；需修正
2)禁戒的直接跃迁 • 在某些材料中，k=0的直接跃迁是禁止 的,k≠0的直接跃迁是允许的， Wif正比于k2， 正比于(hν-Eg)，则αd＝α(hν-Eg)3/2，其中
α = 2 / 3 ⋅ B(2mr / m) f if' / hνf if
直接跃迁的吸收系数随频率的 变化
1.3.2 激子吸收
基本吸收中，认为被激发电子变成了导带中自 由粒子，价带中产生的空穴也是自由的。但是 受激电子与空穴会彼此吸引(库仑场)，有可能 形成束缚态，称为激子。电中性 能在晶体中自由运动的激子称自由激子，又称 瓦尼尔(Wannier)激子。不能自由运动的激子 称束缚激子，又称弗伦克尔(Frankel)激子。
1/ 2
1.3.3 杂质吸收
三个方面 1）从杂质中心的基态到激发 态的激发，可引起线状吸收 谱。 2）电子从施主能级到导带或 从价带到受主能级的吸收跃 迁 红外区
3)从价带到施主能级或从被 电子占据的受主能级到导 带的吸收跃迁。 几率小。 浅受主能级到导带的跃迁 吸收跃迁系数
α = AA N A (hν − E g + E A )1/ 2
中红外范围内，自由载流子吸收按λ2规 律变化。近红外区不再适用。 电子在导带中跃迁，不同能量状态间跃 迁，则必须改变波矢量，为了动量守恒， 电子动量的改变可由声子或电离杂质的 散射来获得补偿。 近红外区域，M.Becker等人指出①电子 受到声学声子散射， α ∝λ1.5②电子受到 光学声子散射， α ∝λ2.5 ③受杂质散射， α ∝λ3∼3.5
（1）允许的跃迁 （2）禁止的跃迁
3)布尔斯坦-莫斯移动 重掺杂半导体的本 征吸收限向高频方 向移动，布尔斯坦 －莫斯移动 4)带尾效应 • 直接跃迁吸收系数 的光谱曲线，吸收 系数随光子能量减 小呈指数衰减
第一章放射物理基础
④若一种核素同时发生n 种类型的核衰变，则 多种衰变同时进行，互不影响：
1 2 n
半衰期:放射性核的数量因发生自发核衰 变而减少到原来核数一半所需的时间
N0 2
N0eT
可得：T ln 2 0.693
用半衰期表示衰变方程:
对递次衰变系列(T1»Ti, i=2,3,···)，有：
1N1 2 N 2 n N n
暂时平衡(transient equilibrium)
条件：
T1
T2 1
2
t 7 T1T2 T1 T2
结果： N 2 1 N1 2 1
A2 2 A1 2 1
1、卢瑟福的原子模型
α 粒子的散射实验
目的：检验汤姆逊模型的正确性 原理：带电粒子射向原子,探测出射粒子的角 分布。
实验装置和模拟实验
R:放射源； F:散射箔； S:闪烁屏； M：显微镜
B:圆形金属匣
（a)侧视图
(b)俯视图
α 粒子：放射性元素发射出的高速带电粒 子，其速度约为光速的十分之一，带+2e的 电荷，质量约为4MH。
吸收能量
核外电子从一个电子 层跃迁到另一个电子 层时，吸收或释放一 定的能量，就会吸收 或释放一定波长的光，
释放能量
所以得到线状光谱。
电子在原子中如何分布？
密集的、带正电荷的原子核包含了原子的大部分质量，它被 带负电荷的电子包围
电子在原子中如何分布？
原子核外的电子是分层排布的，每一层都 可以叫做能层，可以分为K.L.M.N.O.P.Q这 7个能层，每个能层最多能排2n2个电子，每 个能层又可以为多个能级。
光电物理基础答案(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】量子力学习题及解答第一章 量子理论基础1．1 由黑体辐射公式导出维恩位移定律：能量密度极大值所对应的波长m λ与温度T 成反比，即m λ T=b （常量）；并近似计算b 的数值，准确到二位有效数字。
解 根据普朗克的黑体辐射公式dv echv d kThv v v 11833-⋅=πρ， （1）以及 c v =λ，（2）λρρd dv v v -=， （3）有,118)()(5-⋅=⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=kThc v v ehc cd c d d dv λλλπλλρλλλρλρρ这里的λρ的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+d λ之间的辐射能量密度。
本题关注的是λ取何值时，λρ取得极大值，因此，就得要求λρ 对λ的一阶导数为零，由此可求得相应的λ的值，记作m λ。
但要注意的是，还需要验证λρ对λ的二阶导数在m λ处的取值是否小于零，如果小于零，那么前面求得的m λ就是要求的，具体如下：01151186'=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅+--⋅=-kT hc kThce kT hc ehcλλλλλπρ⇒0115=-⋅+--kThc ekThcλλ⇒kThce kThc λλ=--)1(5 如果令x=kThc λ ，则上述方程为x e x =--)1(5这是一个超越方程。
首先，易知此方程有解：x=0，但经过验证，此解是平庸的；另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得：x=4.97，经过验证，此解正是所要求的，这样则有xkhc T m =λ 把x 以及三个物理常量代入到上式便知K m T m ⋅⨯=-3109.2λ这便是维恩位移定律。
据此，我们知识物体温度升高的话，辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动，这样便会根据热物体（如遥远星体）的发光颜色来判定温度的高低。
1．2 在0K 附近，钠的价电子能量约为3eV ，求其德布罗意波长。
解 根据德布罗意波粒二象性的关系，可知E=hv ，λhP =如果所考虑的粒子是非相对论性的电子（2c E e μ<<动），那么ep E μ22=如果我们考察的是相对性的光子，那么E=pc注意到本题所考虑的钠的价电子的动能仅为3eV ，远远小于电子的质量与光速平方的乘积，即eV 61051.0⨯，因此利用非相对论性的电子的能量——动量关系式，这样，便有ph =λnmm m E c hc E h e e 71.01071.031051.021024.1229662=⨯=⨯⨯⨯⨯===--μμ在这里，利用了m eV hc ⋅⨯=-61024.1以及eVc e 621051.0⨯=μ最后，对Ec hc e 22μλ=作一点讨论，从上式可以看出，当粒子的质量越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强；同样的，当粒子的动能越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强，由于宏观世界的物体质量普遍很大，因而波动性极弱，显现出来的都是粒子性，这种波粒二象性，从某种子意义来说，只有在微观世界才能显现。
放射物理学基础一(ppt)
优点
可获得准确照射. 工作人员隔室操作，比较安全. 放射源微型化. 高活度放射源形成高剂量率治疗. Hale Waihona Puke 微机控制.放射治疗物理学基础
➢ 近距离后装治疗机
组成：①放射源 ②施源器 ③源室及放射源驱动元 ④治疗计划系统
放射治疗物理学基础
➢ 体内照射与体外照射的区别
放射源强度
放射治疗物理学基础
➢钴 － 60 治 疗 机
结构：①放射源
②源客器及防护机头
③遮线照装置
④准直器
⑤支持系统及其附属电子设备
钴－60γ线的特点：
与深部x线机（200～400kv）相比的优点： ①穿透力强 ②保护皮肤 ③骨和软组织有同等的吸收剂量 ④旁向散射小 ⑤经济可靠
钴 － 60 半 影 问 题
放射治疗物理学基础
三种常见体外照射设备的特点比较
能量 穿透力 皮肤剂量 骨吸收剂量 旁向散射 经济、维修
照射野 防护
X线机
低 弱 高 高 大 价格低 维护方便 小 容易
6 0CO远距离治疗机
高，单能 较强
低 和软组织相同
较小 价格较低 维护方便
中等 定期换源 防护难
直线加速器
高，可调 强 低
和软组织基本相同 小
几何半影 穿射半影 散射半影
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
X线和电子束的产生
电源
脉冲调制器
电子枪 磁控管
加速管
偏转磁铁 电子束 打靶 高能X线
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
分类 电子感应加速器 电子直线加速器 电子回旋加速器
放射治疗物理学基础
➢ 电子直线加速器的特点
能量高，可调控，剂量率高. 穿透力强. 皮肤剂量低：6MvX最大剂量点在皮下1.5cm. 骨和软组织吸收基本相等. 旁向散射小. 价格昂贵. 维护难，对水、电、湿度要求高. 射野可以较大，可达40×40cm.
第三讲(1)辐射度学与光度学中的基本定律教材
2019/6/13
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§2-1 光的基本概念 §2-2 立体角及其计算 §2-3 描述辐射场的物理量 §2-4 人眼与光度学 §2-5 光度量与辐射度量的对照 §2-6 辐射度学与光度学中的基本定律
2
§2-6辐射度与光度中的基本定律
一、朗伯余弦定律 二、距离平方反比定律 三、亮度守恒定律
2019/6/13
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漫辐射源
漫辐射源：辐射亮度L与方向无关的辐射源。 （太阳、荧光屏等）
漫辐射：漫辐射源发出的辐射。 漫反射：与漫辐射具有相同特性的反射。
（电影屏幕等）
4
遵从朗伯定律的光源，也叫余弦光发射体或朗伯光源。
•太阳辐射：其规律接近于朗伯光源
•漫反射面--朗伯反射体。
例：氧化镁表面、优质玻璃灯罩、积雪、白墙 以及粗糙的白纸，都很接近理想的漫反射体。
14
三、亮度守恒定律
规定了辐射表面是朗伯体后，有
L dI
dA cos
又
I d
d
∴ d2 LdAcosd
15
又∵
ddAcosdAdcod2 s
∴
d2
d 2
LdAcos
dAcos
d2
（辐射源对被照面元张角）
d2 LdAcosd
d
也可按辐射强度的定义，求得
2 I d 2 I0 cosd
2
2
LA0 d 0 sin cosd LA I0
或按朗伯源的辐射规律M =πL，同样可得
MA LA I0
[例2]一发光强度为60cd的点光源O置于水平地板上方4m处， 而一直径为3m的圆形平面镜水平放置，平面镜的圆心位于 点光源正上方4m处，若光投射于平面镜时，将80%的光反 射，试求光源斜下方6m地板上P
关于光的物理知识
关于光的物理知识光是一种粒子与波相互作用的电磁辐射，具有粒子性和波动性的双重性质。
在物理学中，关于光的研究涉及到光的产生、传播、作用等多个方面，接下来将介绍光的各个方面的知识。
一、光的产生光的产生有多种方式，常见的有以下几类：1.热辐射：物体的温度越高，辐射出的光就越强。
热辐射产生的光谱不连续，呈现出一定的宽度和强度分布，称为黑体辐射谱。
2.自发辐射：某些物质可以自发地辐射出光，如荧光材料、半导体材料等。
自发辐射的光谱为离散的线谱。
3.反射：当光射入物体表面时，一部分光被表面原子或分子反弹回来，形成反射光。
4.折射：当光从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象。
折射光的方向与入射光的方向和介质的折射率有关。
5.散射：当光通过一个物质时，部分光被散射到各个方向，形成散射光。
散射光的颜色与物质种类和颗粒大小有关。
二、光的传播光在不同介质中具有不同的传播速度，其传播方式也不同：1.自由空间传播：光在真空中传播时，传播速度为光速c，且不会发生折射和反射。
2.异质介质传播：当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射。
3.同质介质传播：当光在同一介质中传播时，也会发生散射和吸收。
三、光的特性1.波动性：光具有波动性，其波长决定了光的颜色。
光波长越短，颜色越偏蓝。
光波长越长，颜色越偏红。
2.粒子性：光同时也具有粒子性，光子是光的基本粒子。
粒子性的体现包括光的能量量子化和光的碰撞效应。
3.光的偏振：光可以沿不同方向振动，称为偏振。
光的偏振状态决定着光的性质和应用。
四、光的作用光在物理学和生活中具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.光的测量：利用光来测量物理量，如测量距离、密度、温度、压力等。
2.光的成像：利用光的反射和折射特性，可以实现光的成像功能，如照相、望远镜、显微镜等。
3.光的通信：光在光纤中传播有非常小的损耗和干扰，越来越被应用于通信领域。
4.光的能量利用：光可以被转化成电能、热能等其他形式的能量，其能量利用具有巨大的潜力。
辐射度学和光度学基础
光能量Qv
定义方程
单位名称
流明秒
单位
lm· s
没有光能量密度
光通量Φ v 若称光功率则为W 发光强度Iv 光亮度Lv Φ v=dQ/dt Iv=dΦ v/dΩ Lv= dΦ v/dAcosθ dΩ Mv= dΦ v/dA Ev= dΦ v/dA 流明 流明每球面度 (坎德拉) 流明每球面度平 方米（坎德拉每 平方米） 流明每平方米 流明每平方米 （勒克斯） lm lm/sr (cd) lm/srm2 （cd/m2） lm/m2 lm/m2 (lx)
J/m3
W W/sr W/srm2 W/m2
光照度Ev
辐射照度Ee
lm/m2 (lx)
W/m2
一、辐射度学和光度学基本物理量
二、视见函数
视见函数V(λ)定义：人眼对不同可见光波长的平均相对灵敏度。 （1）相同的光通量，同一个人的视觉神经对不同波长的感光灵 敏度不同。 （2）相同的光通量，不同人的视觉神经不同，同时心理也不同， 同样对不同波长的感光灵敏度不同。 （3）视觉函数是平均的结果。 （4）相对数值，是指进行归一化。 （5）构成了可见光波长与平均相对灵敏度之间的对照数据表。 （6）将数据表格中的波长为横坐标，相对灵敏度为纵坐标作图
黑体模型
4.1 黑体辐射
黑体概念深入
黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体， 自然界并不存在。 自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一 部分能量反射。
灰体辐射的规律接近黑体。
四、黑体辐射
4.2 黑体辐射定律（普朗克定律），黑体辐射出度表达式
W
c h
2hc 2
5
1 e hc / kT 1
1.1X射线物理基础
λ
机理：
高速电子进入核区，由于核区有库仑场存在，其速度发生变化。 不同的电子有不同的速度，取连续值。 当高速电子与原子核碰撞而骤然减速时，辐射 出X-射线， 其光子能量呈连续变化，称韧致辐射，或称刹车辐射。
15
短波限λº的形成
• 量子理论解释
eV h max hc
0
hc 12.4 1.24 1240 A nm nm eV V (kV) V (kV) V (V)
m wi mi
n
m —吸收体中各元素的质量吸收系数
Wi — 吸收体中各元素质量百分数
36
1
吸收限
m
产生突变。 • 不连续处称为 吸收限。 • 相应的波长为 吸收限波长λK， λL等。
37
吸收限
• 吸收限是由光电效应引起的。 • X射线的λ ≤λK时，X射线光子被吸收，光 子的能量转变为光电子、俄歇电子和荧光 X射线的能量，使 m发生突然↑。 • 吸收限两侧随着λ的变化基本遵循经验公式， 只是K值各不相同。
38
滤波片
• 利用特征X射线进行物相分析时，只用单色Kα谱线，将 Kβ等滤掉，需使用滤波片。 • 滤波片是利用吸收限两边吸收系数相差悬殊的特点。 • 滤波片的厚度对滤波质量影响很大，应选择适当的厚度。 • 滤波片材料根据阳极靶元素而定，满足下列关系 ： λKα(靶)＞λK(片)＞λKβ(靶) • Z靶＜40时，Z滤波片=Z靶－1 Z靶＞40时，Z滤波片=Z靶－2
39
X射线与物质相互作用小结
• 宏观效应--X射线强度衰减， 是X射线成像（X-CT）分析的 物理基础 • 微观机制--X射线被散射,吸 收
–散射：无能量损失或损失相对 较小，只有相干散射才能产生 衍射，相干散射是进行材料 XRD分析的物理基础 –吸收：能量大幅度转换, 带有 壳层的特征能量,是揭示材料 成分的因素。特征能量是进行 材料成分分析的工具（X射线 光谱分析，电子能谱等）
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电科08 系统设计方向
宁波工程学院电信学院 丁志群
❖ 台湾地区的奇美电子、冠捷科技等光电企业巨头 的陆续入驻，一个世界级的光电产业基地逐渐在 宁波保税区显现。
❖ 宁波已经把打造世界级的光电产业基地作为未来 发展的重点。宁波市市长毛光烈表示：“奇美、 冠捷进来将引来更多的相关配套企业。”
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3.红外辐射。波长在0.8~1000m的是红外辐射。通 常分为近红外（ 0.8~3m ）、中红外 （ 3~6m ），远红外（ 6~20m ）和极远红外 （ 20~1000m ）四部分。
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一、基本光辐射度量
❖1900年,普朗克（Max.Planck)提出了 辐射的量子论。
❖1905年,爱因斯坦（Albert.Einstein) 将量子论用于光电效应之中，提出光子 理论。光与物质作用时表现出粒子性， 如光的发射、吸收、色散、散射。
爱因斯坦（1879-1955）
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❖ 光子能量公式：E= hν ❖ 光子动量公式：p = hν/c = h/λ
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§1-1 光辐射的度量
❖ §1-1 光辐射的度量 1.1.1 基本光辐射度量 1.1.2 光谱辐射度量和光子辐射度量 1.1.3 基本光度量 1.1.4 朗光具有波粒二象性，既是电磁波，又 是光子流。
❖1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光 是电磁波的理论。光在传播时表现出波 动性，如光的干涉、衍射、偏振、反射、 折射。
❖ 宁波出口加工区和保税区内落户的台资配套企业 已近20家，其中包括全球著名的背光模组生产厂 商中强光电、大亿科技等。据宁波市有关部门透 露，目前已经或有意跟进的台资上下游企业多达 数十家。
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❖1 宁波奇美电子有限公司：产值300亿(主导产 品液晶电视和显示器、台商独资企业，投资1.7亿 美元)。 2 宁波波导股份有限公司：产值200亿(主导产 品手机3500万部，拟与国外大公司战略合作)。 3 宁波奥克斯集团公司：产值100亿(主导产品 手机1500万部，今年新核准生产许可证)。 4 宁波广博集团公司：产值33亿(主导产品数码 相机、纳米材料)。 5 宁波屹东电子股份有限公司：产值30亿(主导 产品手机、智能家电、LED、香港上市公司)。 6 宁波太阳能电源有限公司：产值30亿(主导产 品太阳能电池100MW)。
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❖ ⑥太阳能电池扩产：宁波太阳能电源有限公司拟 投资1亿元将太阳能电池年生产能力从25MW提高到 100MW，为顺利扩产公司已在科技园区征地造新厂 房。 ⑦大尺寸液晶背光模组生产：宁波大亿科技有限 公司拟投资2.5亿元在保税区为华屋电子有限公司 建配套大尺寸液晶背光模组生产线，其年产能将 达到1800万片。
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光辐射物理基础
❖ 在所有这些领域中，都涉及到将光辐射信息转换 为电信息检测的问题。
❖ 了解光辐射的度量、光辐射的产生及其传输的基 本规律，介绍典型的光辐射源、常用光学材料的 性质以及光辐射调制的原理与方法。
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主要内容： ❖1 光辐射的度量 ❖2 温度辐射源及其辐射特性 ❖3 受激辐射与激光器 ❖4 辐射在媒质中传输的衰减 ❖5 光辐射的调制
②2G、2.5G、3G手机扩产：宁波波导股份有限公司为了推进与国外大 公司战略合作，拟在现有2000万部生产能力基础上再新投资3亿人民 币增加2000万部生产能力，使之年产能达到 4000万部，位列全球第4， 以增强其国内外市场竞争力。
③手机生产扩产：宁波奥克斯集团有限公司2005年上半年刚获得国家 核准手机生产许可证。公司拟扩建手机生产线，使其年产能达到2000 万部。 ④数码相机扩产：宁波广博集团有限公司拟投资10亿元建10条数码相 机生产线，使之年产能达到300万部。另拟投资1亿元建数码打印机和 电子相框生产等项目。
h：普郎克常数 上面两公式等号左边表示光为微粒性质（光子能量与动 量），等号右边表示光为波动性质（电磁波频率和波长）。
❖ 光电转换一般使用固体材料，利用其量子效应。从固体 能级来说，具有从0.1ev到几个ev能量的转换比较容易，即 比较容易在十几微米的红外到0.2微米左右的紫外范围内进 行高效率的能量转换。
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光学区：
1.可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。 可见光是波长在0.4~0.8m范围的光辐射，也是人 视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入 人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为 红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。
2.紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看 不见，波长范围是0.1~0.4 m 。细分为近紫外、 远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎 会被完全吸收，只能在真空中传播，所以又称为 真空紫外辐射。在进行太阳紫外辐射的研究中， 常将紫外辐射分为A波段、B波段和C波段。
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❖ 重点项目 ①液晶电视和显示器生产：宁波华屋电子有限公司投资1.7亿美元在 保税区建立液晶电视和显示器生产厂，一、二期产能将达600万台， 并在周边形成较为完善配套产业链体系。“十一•五”期间如液晶电 视国内市场高速增长，台商将会考虑将液晶显示屏转移至宁波生产， 那将是一次重大产业战略转移。
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❖光辐射是电磁波辐射。
❖电磁波谱分为长波区、光学区、射线区。
❖光电检测技术只涉及光学谱区。在光学谱区 内，具有相同的辐射与吸收机理，许多辐射源 的光谱分布和接收器的灵敏阈都同时覆盖此区 域。使用光学透镜来接收辐射或聚焦成象。
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电磁波谱及光谱图
1106 4104 6103 1.5106
770
/nm
极远 远 中 近
/m
1014
声频电磁振荡
1012
1010
无线电波
108
红
622 橙
106
毫米波
104
597 黄
577
可
492
绿 蓝
见 光
红外光
102
紫外光
1
455 紫 390 近
X射线
10-2
10-4
300
远
极远
射线
10-6
200
宇宙射线
10-8
10
电磁辐射波谱
10-10
光电信号检测
电磁波谱及光谱图