光的吸收和发射名词解释
光的吸收和发射名词解释
在我们日常生活中，光是我们所依赖的重要能源之一。
它在许多方面都起着重
要的作用，比如照明、通信和能源利用等。
然而，要理解光的吸收和发射现象，我们需要了解一些相关的名词，这些名词可以帮助我们更好地理解光的行为和性质。
首先，我们来解释一下“光”的定义。
光是由电磁波组成的一种能量形式，它有
着特定的频率和波长。
根据波长的不同，光可以分为可见光、红外线、紫外线等不同类别。
其中，可见光是人类肉眼可以看到的，而其他类别的光则需要特殊的仪器才能探测到。
接下来，让我们来讨论一下“吸收”这个名词。
吸收是指物体接收光的过程，当
光与物体相互作用时，物体吸收光的能量。
吸收的程度取决于物体的特性，比如颜色、材质和光的波长等。
对于吸收较多光的物体来说，它们呈现出较暗的颜色，因为吸收的能量被物体所保存。
与吸收相反，我们来谈谈“发射”这个名词。
发射是指物体释放或辐射出吸收的
光能量的过程。
当物体吸收光后，它可以重新向外散发出光，这个过程被称为发射。
发射的颜色和强度通常与吸收的光的特性相关联。
例如，荧光材料可以吸收紫外线并发射可见光，导致材料呈现出亮丽的颜色。
在探索光的吸收和发射现象时，一个重要的概念是“光谱”。
光谱是指将光的波
长排序呈现成连续的频谱。
光谱可以用来识别物质的成分和性质。
例如，当光通过透明物体时，它会被吸收和发射，形成一个特定的光谱。
通过分析这个光谱，我们可以了解透明物体的化学成分以及光在物质中的相互作用过程。
除了光谱，还有一个重要的名词需要解释，那就是“能带”。
能带是描述固体中
电子能级的概念，在光的吸收和发射过程中具有重要意义。
在固体中，原子通过相互作用形成晶体结构，导致电子能级发生变化。
根据电子能级的分布特征，固体材料可以被划分为价带和导带。
当物体吸收光能量时，电子会从价带跃迁到导带，形
成吸收现象。
反之，当物体发射光能量时，电子会从导带跃迁到价带，形成发射现象。
除了以上名词的解释，我们还需要了解一些其他与光的吸收和发射有关的概念，如量子理论、斯托克斯位移和激光等。
这些名词和概念在光学、电子学、材料科学等领域起着重要的作用，在电子设备、医学技术和材料设计等方面发挥着巨大的价值。
在总结中，我们可以看到，光的吸收和发射是光学中的重要现象。
通过了解光
的定义、吸收、发射、光谱和能带等名词解释，我们可以更好地理解光的行为和性质。
这些概念和现象在许多领域都有着广泛的应用，对于我们生活和科学研究都具有重要的意义。
通过深入了解光的吸收和发射，我们可以更好地探索和利用光的能量，从而推动科技的发展与进步。
光的吸收、色散和散射
棱镜P1和P2的棱边相互垂直，从S发出的白光经透镜L1变为平行光束，通过P1后 沿水平方向偏折，如果在光路中不放置棱镜P2，光束由P1经透镜L2后将在幕上 形成水平的彩色光带ab，插入棱镜P2时，各色光束还要向下偏折，但偏折程度 随波长而异，于是幕上显现倾斜的光带 a ′b′ ，如果制做棱镜P1和P2材料的色散规 律（即n与 λ 的依赖关系）不同，倾斜光带 a ′b′ 将是弯曲的，它的形状直观地反 映了两种材料色散性能的差异。 色散曲线——折射率n与波长 λ 的之间依赖关系曲线，称色散曲线。 凡在可见光范围内无色透明的物质，它们的色散曲线形式上很相似， 其间有许多的特点，如n随 λ 的增加而单调下降，且下降率在短波一端更大等 等。这种色散称为正常色散。 正常色散 1836年科希（A、L、Cauchy）给出一个正常色散的经验公式： n=A+B/ λ2 +C/ λ4 式中A、B、C是与物质无关的常数，其数值由实验数据确定。当 λ 变化范围不大
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− dI =I dx
式中 α 是个与光强无关的比例系数，称为该物质的吸收系数。 为了求出光束穿过厚度为l的媒质后光强度的改变，将上式改写为
dI = −α dx I dI ∫ I =∫ I0 0 — α dx
∴ I= I 0
I l
两边取积分
e
−αl
式中 I 0 和I分别为X=0和X=L处的光强，L是媒质的厚度， α 的量纲是长度的倒 数。
α −1 的物理意义是光强因吸收而减到原来的 e − 1 ≈36%时所穿过媒质的厚度。
式I= I 0 e −αL 称为布格尔定律（P、Bouguer,1729年）此定律后来经朗伯作了详细 说明，故也称朗伯定律。 布格尔定律是光吸收的线性规律 适用范围：线性光学领域，光强I不能太强。 如果光强太强，如用激光，则光与物质的非线性相互作用过程显示出来了，在 非线性光学领域内，吸收系数 α 将和其它许多系数（如折射率）一样，依赖于 电、磁场或光的强度，布格尔定律不再成立。 实验证明： 当光被透明溶剂中溶解的物质所吸收时，吸收系数 α 与溶液的浓度C成正比
光学中的光的吸收与发射
光学中的光的吸收与发射光学是研究光的行为及其与物质相互作用的科学领域。
在光学中，光的吸收与发射是其中最为重要的两个过程，这两个过程对于我们理解光的本质以及应用光学原理都具有重要的意义。
一、光的吸收过程光的吸收是指光穿过物质时，由于光与物质间相互作用而被物质吸收的现象。
光在物质中的吸收过程源于光与物质分子之间的相互作用，具体而言分为两个主要步骤。
首先，光的吸收过程需要有符合能量守恒定律的过程发生。
当入射光的能量与物质分子所具有的能级差能够匹配时，光能会被吸收。
此时光的能量被转移到物质分子的电子能级上，使其从低能级跃迁到高能级。
这个过程对应着光的吸收。
其次，在光的吸收过程中，物质分子会吸收光的特定波长，而对其他波长的光不敏感。
这是因为物质分子的能级结构决定了其在特定波长的光下吸收的能力。
当光的频率与物质分子的共振频率匹配时，吸收光的能力最强。
而对其他频率光的吸收则相对较小。
光的吸收过程在很多光学应用中起到至关重要的作用。
例如，在光催化反应中，光的吸收可以激发光催化剂表面的电子，从而促进催化反应的进行。
此外，在太阳能电池中，光的吸收是将太阳能转化为电能的第一步。
二、光的发射过程与光的吸收相对应，光的发射是指物质分子吸收了能量后，再次释放出光的过程。
在光的发射过程中，也存在两个主要的步骤。
首先，当物质分子吸收能量后，其电子会处于一个激发态。
在一段时间后，激发态的电子会回到基态，释放出光的能量。
这个过程称为自发辐射，即物质自发地发射出光。
此时，在光的发射过程中，光的频率与吸收过程中的波长是一致的。
其次，除了自发辐射，物质还可能通过另一个发射过程释放能量，即受激辐射。
在受激辐射过程中，已经激发的物质分子通过与其他光子相互作用，引发其他物质分子的跃迁，从而释放出光。
这个过程的光与入射光具有相同的频率和相位，因此可以形成相干光。
光的发射过程在激光器等领域具有广泛的应用。
例如，在激光器中，先通过能量输入使工作物质处于激发态，然后通过受激辐射过程，释放出具有高度相干性的激光光束。
荧光吸收光谱和发射光谱
荧光吸收光谱和发射光谱
荧光吸收光谱和发射光谱是描述荧光现象的两种重要光谱。
荧光吸收光谱（Excitation Spectrum）是指在给定的激发波长
范围内，测量物质对不同激发波长的吸收强度。
通常以波长为横坐标，吸收强度为纵坐标，绘制出的曲线表示物质在不同波长下的吸收特性。
荧光吸收光谱可以告诉我们物质在哪些波长下容易被激发，从而选择最佳的激发波长。
荧光发射光谱（Emission Spectrum）是指在物质被激发后，测
量其在不同波长下发射的光的强度。
通常以波长为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制出的曲线代表物质在不同波长下发射光的特性。
荧光发射光谱可以告诉我们物质产生荧光时发射的波长范围和强度，从而了解其荧光特性。
荧光吸收光谱和发射光谱是相互关联的，物质的吸收光谱和发射光谱通常有一定的重叠区域，这是因为物质被激发后产生的激发态和基态之间会发生能量转移导致产生荧光现象。
通过研究荧光吸收光谱和发射光谱，可以揭示物质的电子结构和荧光机制，用于荧光探针、染料、药物和材料等领域的研究和应用。
光的吸收与发射
光的吸收与发射光的吸收和发射是光学中一个重要的概念。
在自然界和科学实验中，我们可以观察到物体对光的吸收和发射现象。
这种现象的背后涉及到物体吸收光的能力和重新辐射出光的能力。
在本文中，我们将探讨光的吸收与发射的原理、应用和相关实验。
一、光的吸收原理光的吸收是指物体接收到光的能量并将其转化为其他形式的能量。
当光照射到一个物体表面时，光的能量会被物体的原子或分子吸收。
这一过程中，原子或分子的电子会吸收光子的能量，从低能级跃迁到高能级。
吸收光的能力与物体的性质有关，如颜色、光滑度和材料的特性等。
二、光的发射原理光的发射是指物体将吸收的能量重新辐射为光的过程。
当原子或分子从高能级回到低能级时，会释放出光的能量。
这个过程形成了物体发出光的现象。
发射的光的特性取决于能级跃迁的方式。
有些物体发射的光是热辐射，如烈火、太阳等；有些物体发射的光是荧光和磷光，如荧光灯、荧光笔等。
三、应用与实验光的吸收和发射现象在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
以下是其中的几个例子：1. 光谱分析光谱分析是一种通过观察物体吸收和发射的特定波长的光来研究物质的性质和组成的方法。
通过分析物体吸收和发射的光的频谱，我们可以得到关于物质的信息，如化学成分、温度和能量状态等。
2. 光吸收与能源利用在太阳能光电子器件中，光的吸收是转化太阳能为电能的关键步骤。
太阳能电池板中的光敏材料能吸收太阳光的能量，并将其转化为电能。
通过优化光吸收和能量转化的效率，可以提高太阳能电池的发电效率。
3. 荧光检测与诊断荧光现象广泛应用于生命科学和医学领域。
通过添加荧光染料或标记物，可以对生物样本进行荧光检测。
例如，在免疫组织化学中，通过荧光标记抗体可以定位和检测特定蛋白质的存在与分布。
四、光的吸收与发射实验为了更好地理解光的吸收与发射现象，我们可以进行一些简单的实验。
以下是几个常见的实验：1. 色谱实验色谱实验是通过将物质溶解在溶剂中，让溶剂上升到色谱纸上时，观察溶液分离出的不同颜色的带的实验。
第1-1章 光的吸收和发射
——E与K垂直，横波 对于每一个 有两个独立的偏振方向 即，每组确定的（n1，n2，n3）表示两个腔模
m （最高频率）
模式数目:
N (m )
2 1 8
4
3
( Lm c
)3
1 3
L3m3 2c3
1/8球
在一定频率范围内，单 位体积的模数:
如，通过测量吸收或发射谱线的强度，可以给出宇宙中恒 星气体或星际空间中元素的浓度；比较同一元素、不同谱 线的强度，可以给出热平衡条件下，辐射物体的温度等。
1、自发发射（spontaneous emission）
一个分子由激发态Ei跃迁到低能级态Ek的自发辐射跃迁几率为
dPiks dt
Aik
总跃迁几率 Ai Aik
k
dt时间后，Ei能级减少的粒子数为
dNi Ai Nidt
积分得
Ni
(t)
N e Ait i0
能级Ei的平均自发寿命： i
1 Ai
Ni个分子在跃迁中发射的功率为，
dWik / dt Nih ik Aik
2、碰撞感生无辐射跃迁 collison-induced radiationless transitions
N m gn exp( m n )
Nn gm
kBT
√ 较高能级m上的原子数总是小于较低能级n上的原子数；
√ 如果m和n能量间隔很大，激发态m上的布居可以少到可以忽略。
2、爱因斯坦跃迁几率
自发辐射：处于激发态的原子在没有外界的 E2 , N2
影响下，以辐射的方式返回基态的过程
第三章 (2)光的吸收、色散、散射
非线性吸收
自变透明现象 自变吸收现象
5、吸收光谱 、 物质所发射的连续光谱称发射谱； 物质所发射的连续光谱称发射谱； 发射谱 连续光谱的背景上所呈现的一条条暗线或暗带， 连续光谱的背景上所呈现的一条条暗线或暗带， 吸收光谱。 称吸收光谱。 (1) 线状光谱 如：原子气体的光谱 分子气体、液体、 (2) 带状光谱 如：分子气体、液体、固体的光谱 (3) 连续谱 如：太阳光谱 对应原则： 对应原则：同一物质吸收光谱和发射光谱之间所具 有的严格的对应关系。它表明： 有的严格的对应关系。它表明：物质自身发射哪些 波长光谱，它就强烈的吸收哪些波长光谱。 波长光谱，它就强烈的吸收哪些波长光谱。
时间和空间缓慢变化。 时间和空间缓慢变化。这是振幅受到低频调制的高 频波列，波包振幅最大处其能量也最大。 频波列，波包振幅最大处其能量也最大。
最大振幅 A ,max = 2A 0 当两列波向前传播时，波包也向前传播， 当两列波向前传播时，波包也向前传播，也就 是振幅最大处向前传播。 是振幅最大处向前传播。波包等振幅面向前推进的 速度称为群速， 表示，在一定条件下也就是波 速度称为群速，用Vg表示，在一定条件下也就是波 包能量传播速度。 包能量传播速度。因等振幅面在不同时刻出现在不 同地点，故满足等振幅条件： 同地点，故满足等振幅条件：
瑞利群速公式
Vg = Vp − λ
dVp dλ
在真空中 Vp ( λ) = c 在正常色散区
dVp
dn <0 dλ
Vg = Vp = c
由瑞利群 速公式
c dn =− 2 >0 dλ n dλ
Vg <
dn 在反常色散区 >0 dλ 由瑞利群 速公式 dVp c dn =− 2 <0 Vg > Vp dλ n dλ 在接近反常色散区，有可能n<1，则Vp=c/n>c； 在接近反常色散区，有可能 ， ； 由瑞利群速公式， 由瑞利群速公式，Vg>c。 。
激光的原理与特性
3、亮度高强度大
亮度是光源在单位面积上，向某一方向的 单位立体角内发射的功率.
1米长的40W日光灯,与1米长的40W CO2 激光器 相比亮度相差1010=100亿倍. 红宝石脉冲激光器1016KW/cm2比太阳高100 亿倍.
可用于制造微光武器，在千分之几秒内将 钢板击穿，也可用于控核聚变，触发氢弹。 激光碎石术正是利用此特性。
• 辐射亮度,与人眼对不同波长的感觉无关. YAG激光看不见,但可以切割骨骼、肿瘤等， He-Ne激光能看见，但只能做理疗。
相干性好
若频率相同、振动方向相同的两列波，在相 遇处位相差恒定，这两列波就是相干的。
激光是受激辐射，受激辐射的光子其频率和 振动方向均相同，且光子之间又相互关联，所 以在较长时间内位相差可保持恒定的。因此， 激光具有很好的相干性。
2、激光生物作用机理
• 光致发光作用 • 光致发热作用 • 光敏压强作用 • 光致化学反应 • 光的电磁场作用 • 光致生物刺激作用
3、激光治疗的基本方法及其原理
激光外科术 激光针灸术 激光光动力学术
激光理疗术 激光内镜术
a.激光外科手术
切割:激光光刀(热光刀、冷光刀) 止血:激光光凝 缝合:激光焊接粘合
c、激光穴位治疗
用弱激光的生物刺激作用代替传统的针和灸的刺激进 行治疗称之为激光穴位治疗。
激光穴位治疗对人体作用的基础实验 He-Ne激光穿透能力研的究实验研究
穴位的特异性实验研究 热效应实验研究 对皮肤电阻影响实验研究 对神经系统及肌肉组织的影响实验研究 激光穴位治疗循经传导实验研究 对免疫功能影响的实验研究 镇痛作用实验研究 激发经络隐性传感实验研究
4A2
R2 ：629.9nm 基态
红宝石中Cr3+能级
光的吸收和受激发射
上述外耒光也有可能被吸收， 使原子从 EkEm。 单位体积中单位时间内因吸收外来光而从 EkEm 的原子数： dNkm I , T N k dt 吸收
写成等式
dN km Bkm I , T N k dt 吸收 Bkm 吸收系数
从εk 能级跃迁到εm 能级的几率是：
当这些原子与电磁辐 射在绝对温度 T 下 处于平衡时，必须满 足右式条件： εm 能级上的 原子的数目
Amk Bmk I ( mk ) Bkm I ( mk )
εk 能级上的 原子的数目
N m [ Amk Bmk I ( mk )] N k Bkm I ( mk )
4h mk 3 c3
Bmk
mk 3
2c 3
Bmk
Amk 、Bmk 、Bkm 称为爱因斯坦系数。
爱因斯坦在 1917年从理论上得出 爱因斯坦的受激辐射理论为六十年代初实验上 获得激光奠定了理论基础。
dt 自发
写成等式
dN mk Amk N m dt 自发
Ａmk 自发辐射系数，单个原子在单位
各原子自发辐射的光是独立的、 无关的 非相干光 。
时间内发生自发辐射过程的概率。
（2）受激辐射 (stimulated radiation)
Em Ek
Nm Nk
h
全同光子
8h ( )d c3
I ( mk )d mk
3
1 e h / kT 1 1
/ kT
d
d mk 1
Amk Bmk e mk
( )d I ( )d 考虑到 ω=2πν 所以 ( )d 2I ( )d 和 dω= 2πdν ( ) 2I ( ) 代入辐射公式得：
物理名词解释
名词解释：2.刚体：在任何情况下大小、形状都保持不变的物体.3.转动惯量：反映刚体的转动惯性大小。
4.多普勒效应：由于声源与观察者的相对运动，造成接收频率发生变化的现象。
5.惠更斯原理：在波的传播过程中，波前上的每一点都可看成是发射子波的波源，在波的前进方向上经Δt时间后这些子波波面的包迹就是t+Δt时刻的新波面。
6. 自由度：确定一个物体在空间的位置需要的独立坐标数目。
7.能量按自由度均分定理：气体分子的每一个自由度都具有相同的平均平动动能，其大小都等于kT/2。
8.熵增加原理：在绝热过程中，系统的熵永不减少.对于可逆绝热过程，系统的熵不变，对于不可逆绝热过程，系统的熵总是增加.9. 电通量：通过电场中任一面积的电场线数目。
10.真空中的高斯定理：在真空中,通过任一闭合曲面的电场强度通量,等于该曲面所包围的所有电荷的代数和除以ε0.11. 静电感应现象：导体中的自由电子在电场力的作用下要产生定向移动，使导体中的电荷重新分布.外电场使导体上电荷重新分布的现象。
12：电介质的极化：将有极分子或无极分子放到外电场中，会发现电介质沿方向在两端出现等量异号电荷的现象。
13：磁通量：通过磁场中给定面的磁感线的总条数。
14：电磁感应现象：当穿过闭合导电回路所包围曲面的磁通量发生变化时，回路中产生电流的现象。
15半波损失：由光疏到光密介质的反射光，在反射点有位相π的突变，相当于有λ/2的光程差。
16. 干涉现象：两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定或相位相同的波源发出的两列波，在它们相遇区域内，某些点处的振动始终加强，而在另一些点处的振动始终减弱的现象。
17. 光的衍射现象：当光通过窄缝（缝宽小到可以与波长相比拟(10-4m数量级以下)时，在屏幕上呈现明暗相间的条纹的现象。
18.偏振光（线偏振光）：光振动只沿某一固定方向的光。
19. 光电效应：金属表面被光照射后有释放出电子(称为光电子) 的现象。
20. 康普顿效应：在散射光中，除了原波长λ0的光外，还出现波长λ的光.这种改变波长的散射现象。
材料的光吸收和光发射
§1.1 吸收系数
光通过物质时的两个作用
光通过材料后，其强度或多或少地会减弱，实际
上就是一部分光能量被固体吸收－光吸收：光
通过材料时，与材料中存在的电子、激子、晶格 振动及杂质和缺陷等相互作用而产生光的吸收。
光在媒质中的传播时，会产生折射现象。设平面电磁
波角频率为ω ，沿某一方向（设为 x 轴）传播，电场
强度为E。
E
=
E0
exp[iω (
nc x c
−
t)]
媒质的复数折射率： nc＝n+iκ
z n 是折射率(一般半导体的 n = 3－4)
z κ 表示光能衰减的参量，即消光系数。
∴E
=
E0
exp{iω( nx
不带电，材料的性质用介电常数 ε，磁导率 μ 和电导 率 σ 来表征，入射光的波段设定为 50 nm~500 μm (25
eV~0.002 eV)，其下限设定为 50 nm，使波长足够短， 但仍大于原子半径。材料可以被认为是连续介质 。
如何确定折射率和消光系数与电导率之间的关系？？
Maxwell方程组
绪论：光学发展简史
一、萌芽时期
古代中国青铜器时代，通过材料的光泽和颜色来估计 铜合金的组分，对材料的光学性质有初步的认识。
世界光学的（知识）最早记录， 一般书上说是古希腊欧几里德关 于“人为什么能看见物体”的回 答，但实际上应归中国的墨翟。 从时间上看，墨翟（公元前 468～376年），欧几里德（公元 前330～275年），差一百多年。
α = 4πκ / λ0
（1）金属材料，其光的穿透深度