半导体光学315

1、第三章 光与物质间的相互作用光的吸收光的吸收 光的散射光的散射法布里法布里- -珀罗谐振腔珀罗谐振腔 010102020303目目 录录1 1 光的吸收光的吸收 光的吸收是指原子在光照下，会吸收光子的能量由低能态跃迁到高能态的现象。 从实验上研究光的吸收，通常用一束平行光照射在物质上，测量光强随穿透距离衰减的规律。朗伯定律朗伯定律设强度为I0的平行光束进入均匀物质中一段距离x后，强度已减弱到I，再通过一无限薄层dx时强度I又增加了dI(dI1)。朗伯提出：光在同一吸收物质内通过同一距离后，光能量中将有同样百分比的能量被该层物质所吸收。可定义 为 吸收系数 上式为朗伯定律的数学表达式。ddaII

2、aaeIIdxIdIdxIdI00 0可得a比尔定律比尔定律 比尔在1852年提出光的吸收程度与吸收物质浓度之间的关系，吸收系数正比于溶液浓度C，即 ，A是一个与浓度无关的常量，它表征吸收物质的分子特性。 该定律仅适用于物质分子的吸收本领不受四周邻近分子的影响的情况。当浓度很大时，分子间的相互作用不能忽略，此时比尔定律不成立。ACa2 2 光的散射光的散射光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。散射会使光在原来传播方向上的光强减弱，它遵从如下指数规律： 是衰减系数，它表征光通过介质时因介质的吸 收和散射的共同作用而使光强减弱的程度。ddeIeIIsa0)(0瑞利散射瑞利散射

3、 散射光的波长与入射光相同，而其强度与波长4成反比的散射，称瑞利散射定律。此定律成立的条件是散射微粒的线度小于波长。 瑞利定律说明了散射光中短波占优势，所以白光散射后呈青蓝色，而直接通过散射物质的光，由于缺少了短波的成分，便显得比较红。 天空的颜色 晚霞的颜色 由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比，所以太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长得红光散射更明显，而短波中又以蓝光能量最大，所以在雨过天晴或秋高气爽时（空中较粗微粒比较少，以分子散射为主），在大气分子的强烈散射作用下，蓝色光被散射至弥漫天空，天空即呈现蔚蓝色。 当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方，此时太阳光在大气中要走相对很长的路

4、程，我们所看到的直射光中的波长较短蓝光大量都被散射了，只剩下红橙色的光，这就是为什么日落时太阳附近呈现红色，而云也因为反射太阳光而呈现红色，但天空仍然是蓝色的。3 3 法布里法布里- -珀罗谐振腔珀罗谐振腔 光学中，法布里珀罗干涉仪是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。法布里珀罗干涉仪也经常称作法布里珀罗谐振腔，并且当两块玻璃板间用固定长度的空心间隔物来间隔固定时，它也被称作法布里珀罗标准具或直接简称为标准具。 对于法布里珀罗标准具而言，其透射率随波长的显著变化是由于两块反射板之间多重反射光的干涉。当透射光为同相时它们有相长干涉，对应着标准具透射率的峰值；而当透射光反相时则对应着透射率的极小值。多重反射光彼此是否同相，取决于入射光的频率、光线在标准具内传播的折射角、标准具的厚度及其所用材料的折射率。面光源S放在透镜L1的焦平面上，使许多方向不同的平行光束入射到干涉仪上，在G、G间作来回多次的反射。最后透射出来的平行光束在第二透镜L2的焦平面上形成同心圆形的等倾干涉条纹。其中定义精细度R称为镀银面的反射率。精细度反映了干涉条纹的细锐程度。 当相邻两束光之间的光程差为半波长的偶数倍时，会出现干涉相长的情况；