6第六讲-光功能与复合材料.ppt

1、1,第四章 光功能与复合材料,波动性 实物微粒某种性质在空间和时间具有周期性变化规律特征量：频率 、波长,2,汤姆逊的电子衍射图,粒子性 具有独立存在的意义特征量：能量 E、动量 p,光的二象性,实物粒子具有波粒二象性,德布罗依关系式。,波动性与德布罗依波长及粒子线度:,3,光学常数,斯涅尔（Snell）定律：,光从光疏介质进入光密介质，折射角 比入射角 小。,由光在不同介质中的速度不同引起,折射率,色散：折射率与入射光的波长相关,当光从真空进入介质中，速度和波长降低，以保证频率和能量恒定。,4,衰减常数（damping constant）,电磁波方程：,假设：,令,得,称为衰减常数,得到：,

2、令,吸收积 absorption product,所以：,5,绝缘体 ；则 ， 。,衰减振幅,6,特征穿透深度W和吸光率,特征穿透深度：光强降到1/e时光传播的距离,电场强度：,光强：,令,得到：,吸光率：,7,反射率（Reflectivity）和透射率（Transmissivity）,金属具有大的反射率，这由于光仅仅能穿入金属很短的距离，所以入射能量中仅有很少的一部分转化为热量。大部分能量被反射。而可见光可以穿入玻璃很深，所以很少光被反射。1-2米厚的玻璃可以最终将入射光的能量转化为热能。,反射率：反射光强和入射光强的比率,透射率：投射光强和入射光强的比率,实验发现对于绝缘体：,8,反射率和

3、传导性的关系（Hagen-Rubens关系）,对于金属，频率较低（1013 s-1）时：,在红外区域，具有大的电导率的金属是好的反射体,则：,9, = 600 nm,10,其中 称为波数（单位长度内波的个数）,自由电子的能量,根据德布罗依波长与动量关系,这样能量表达式可写成：,因此，能量是波数k的函数。对于三维情况，动量P是矢量，所以波数k也是矢量，所以我们常讨论物质的能量是在k空间内进行。,如何理解材料的光学性能？,能带的表示,11,不同的势场，不同的电子运动状态，不同的电学、光学、磁学等性质,12,面心立方晶体结构倒空间的第一布里渊区,13,带间和带内跃迁对光的吸收,如果光（光子）具有足够

4、大的入射能量，晶体中的电子被激发到更高的未占据能级。同时电子和光子的总动量守恒。 光子的波矢k比布里渊区的尺寸小得多。,电子能带和直接带间跃迁,另一种带间跃迁，吸收光子的同时声子（晶格振动）也参与：间接带间跃迁 对于金属，间接带间跃迁通常比直接带间跃迁弱两三个数量级，可以忽略。 对于半导体，间接带间跃迁对于光谱有重要贡献。,间接带间跃迁,14,铜的能带图,Cu的能带图和带间跃迁,如图中所示，带间跃迁最小的能量是d带和费米能级之间：带间跃迁的下限能量。对应铜的红色。,Cu的光谱,15,带内跃迁,带内跃迁,在一定条件下，光子可以激发电子到相同能带上的更高能级，需要声子的参与。由于金属具有未饱和的电子能带，带内跃迁主要在金属中被观察到。但是对于具有重掺杂的半导体在较高温度下可能类似的具有部分填充的导带。,