光与物质的交互作用.ppt

光通量 照度 薛丁格方程式 以氫原子能階為例它可以藉由解出薛丁格方程式得到 ：拉氏算符 ：波函數 ：位能函數 其能階如下圖所示. 原子的模型觀念及能階的量子化 1911年拉塞福(E.Ruther ford)以粒子撞擊金屬薄片，發現了一些大角度的偏移及反彈，推測原子中應有一個密度極大的地區(即原子核)。 2. 1913年波耳(N.Bohr)提出了更好的原子模型，它並包含了普朗 克的量子假說；這個模型的其中一個成就就是成功地解釋了氫 原子的光譜。但是波耳原子模型仍只是半古典的方法 ，更正確 的方法應該使用量子力學中的薛丁格方程式；波耳的原子模型 包含了下面4個重點。 吸收，自發放射，誘發放射 一個光子和在固體內的電子間有三種主要相互作用，即吸收(absorption)、自發放射(spontaneous emission)及誘發放射(stimulated emission)。在此我們將以一個簡單的系統來說明這些過程。若考慮在一原子內的兩個能階E1及E2，而E1 相當於基態(ground state)，E2 相當於激發態(excited state)如下圖所示，則在此二態間的任何轉換都包含了光子的激發或吸收，而此光子的頻率則為 ，其中 =E2 - E1。在室溫時，在固體中的大多原子是處於基態。但若有一能量恰好等於 的，則光子撞擊此系統後，將破壞了原來的狀態，而原來處於基態E1的原子將會吸收光子能量而跑到激態E2，這項能量狀態的交換我們稱它為吸收過程，如圖所示. 自發放射 在激態中原子是很不穩定的，經過短暫的時間後，不需外來的激勵，它就會跳回到基態，而且放出能量 這種過程稱為自發放射(如圖)。 發光體與檢測器之原理 發光二極體主要的操作過程是自發放射，而雷射則 是誘發放射，此外，光檢測器及太陽電池則是靠吸 收作用來工作的。 白光光源研究 High-Luminance White-Light Point Source Using Ce,Sm :YAG Double-Clad Crystal Fiber Yen-Sheng Lin, Tzu-Chieh Cheng, Chien-Chung Tsai, Kuang-Yu Hsu, Dong-Yo Jheng, Chia-Yao Lo, Ping-Hui S. Yeh, and Sheng-Lung Huang, Senior Member, IEEE IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 22, NO. 20, OCTOBER 15, 2010 白光光源研究 白光光源研究 光度與光通量 光度（I）：光源單位時間所發出光的光能（光源發光的強弱程度），單位為瓦特（w= J/s）或燭光(cd) 。 光通量（F）：光源在每單位時間內所幅射出來的可見光能量，稱為該光源的光通量，單位為流明（lumen）。 F =4πI。 照度 照度(E) ：單位面積所通過的光通量。 E=F/A= 4πI/ 4πr2= I/r2 照度平方反比定律：可見光（當光源固定時）垂直照射被照面時，其照度與距離平方成反比 Ex.在光度為150 燭光之燈光下方5 m處其照度為多少？燈光下方2 m處其照度為多少 問題討論 * * 止於至善 Ch 3-2 光通量與照度 光是一種電磁波，而物質(包含：原子、分子或晶體形式)中含有帶電體(電子或質子)，故電磁波可以與它產生交互作用(例如：使它加速或振動)，而運動的帶電體亦能幅射出電磁波。 物質(原子、分子或電晶體)可允許存在的能量狀態稱之為能階，它是由量子力學決定。 當光子的能量恰能符合原子或分子的能階時，光子就可以被吸收而使得原子或分子進入較高的能量狀態，或是藉著放出光子而由高能階回到較低能階。 光與物質的交互作用 n:1 n:2 n:3 n:∞ -13.6ev -3.4ev -1.5ev 0 氫原子能階 eV：電子伏特 圖 氫原子能階 氫原子能階 a. 原子中的電子受原子核的庫倫作用力，繞著原子核作圓周運動，這個運動遵循牛頓運動定律。 b. 電子不像在牛頓運動中可以有無限多可能的軌道，它的軌道必須滿足其角動量L 是 的整數倍(h是卜朗克常數6.626×10-34 J.s )， 也就是說 n=1,2,3…。 波耳的原子模型(I) = 1.055×10-34 J.s c. 儘管電子在一穩定軌道上運動持續