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光发射重要性及应用-光子学设计基础

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在光-物质反应这样的一章中,如果不涉及光发射的内容,内容上至少是不完整的。在这种过程中,一个光子可以从一个原子或分子中发射出一个电子,使其脱离束缚态。失去至少一个电子的分子一定剩余正电荷,因而变成正“离子”。如果将注意力转向液体和固体中的光发射过程,其机理就变得更为复杂。一种非常灵敏的光探测器,即光电倍增管,其性能取决于固体材料的光发射,将在本书第7章讨论。

光发射重要性及应用-光子学设计基础

在光-物质反应这样的一章中,如果不涉及光发射的内容,内容上至少是不完整的。在这种过程中,一个光子可以从一个原子或分子中发射出一个电子,使其脱离束缚态。对于气体,该过程比较简单和直接。因为在这种情况下,可以计算(和测量)出使电子脱离分子库仑力束缚而成为自由电子所需要的能量。显然,光子能量必须大于该值。因此,只需满足一个简单条件:>Ei。其中,Ei是“电离能”。失去至少一个电子的分子一定剩余正电荷(因为初始为电中性),因而变成正“离子”。此外,能量必须守恒,所以电子脱离束缚的动能可由下式给出:

Ek=-Ei

当大量气体受到足够高频率(通常是紫外(Ultraviolet,UV)或X辐射)光的辐射,就会得到大量分开的正电荷和负电荷,尤其在电磁场作用下会具有完全不同于原中性气体的性质。这类物质状态称为“等离子体”,有一些非常重要和有意义的性质和应用,并且不仅是在物理学领域(即电离层和恒星大气)。然而,这本身就是比较宽泛的独立研究课题,多少超出主流光子学的研究范围,所以不再继续讨论。(www.xing528.com)

如果将注意力转向液体和固体中的光发射过程,其机理就变得更为复杂。因为电子并非束缚在单个原子或分子上,而是按照能带形式整体束缚到材料上。然而,从固体或液体中发射电子仍是可能的,并有一些以此现象(光电效应)为基础的装置。为了能够正确研究这种效应,需要了解关于固体能带结构的知识,稍后(本书第6章)我们会讨论这类问题。一种非常灵敏的光探测器,即光电倍增管,其性能取决于固体材料的光发射,将在本书第7章讨论。

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