光学(IV)——光源和电磁频谱

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1、光学(5)——光源、电磁频谱、光学界面的电磁理论描述陈章渊北京大学电子学系9/17/2010PEKINGUNIVERSITYOptics本讲内容光源电磁频谱ele-chenzhy2PEKINGUNIVERSITYOptics光源（辐射源）电磁波频谱很宽，但麦克斯韦方程与波长无关，这意味着这些电磁波没有任何基本差别，其产生机制也基本相同：它们都与非均匀运动的电荷有关加速的电子会辐射222∂2x∂∂EE1∂Pq−=µNq222022分子振动会发光∂zct∂∂t∂t原子发光ele-chenzhy3PEKINGUNIV

2、ERSITYOptics加速运动的电子会辐射线性加速电荷同步辐射：带电粒子团被磁场偏转B当带电粒子与其他带电粒子碰撞注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy4PEKINGUNIVERSITYOptics分子振动发光电子绕核振动高频:~1014-1017周／秒.分子中的原子核的相对运动中频:~1011-1013周／秒分子中的原子核旋转低频:~109-1010周／秒注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy5PEKINGUNIVERSITYOptics水分子水分子在位于或接近转动谐振频率(12.2cm,2.45

3、GHz)时可以高效而耗散性地吸收微波——微波炉的原理ele-chenzhy6PEKINGUNIVERSITYOptics发光：量子力学的图象分子或原子中的振子运动相当于量子力学中的激发态能级，发光过程对应于跃迁Excitedlevel⇔∆E=hνEnergyGroundlevel注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy7PEKINGUNIVERSITYOptics电磁谱或光谱ele-chenzhy8PEKINGUNIVERSITYOptics可见光谱(3.84~7.69)×1014Hz通常是由原子和分子的外层电子

4、重新排列产生的。ele-chenzhy9PEKINGUNIVERSITYOptics可见光谱及色温色温是一种颜色表示方法：黑体辐射源产生同样颜色所需的温度（用开尔文做单位），以这个温度来表示这个颜色．.(nm)注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy10PEKINGUNIVERSITYOptics人眼的响应颜色基本上是人对各种频率区域的主观的生理和心理反应颜色并不是光本身的特性，而是电化学传感系统——眼睛、神经、大脑的一种表现。我们不应当说“黄色光”，而应当说“光看起来是黄色的”。很多不同的频率混合可以在眼睛-大

5、脑传感器中引起同样的反应。注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy11PEKINGUNIVERSITYOptics人眼的响应人眼的圆锥细胞有三个受体，分别接收红、绿、蓝ele-chenzhy12PEKINGUNIVERSITYOptics人眼的色彩分辨能力下列组合对人眼来说颜色是相同的：R+B+G=WM(agenta)+G=W,因为R+B=MC(yan)+R=W,因为B+G=CY+B=W,因为R+G=Y两种混合起来产生白光的颜色称互补色彩色电视机的原理白光LED的原理ele-chenzhy13PEKINGUNIV

6、ERSITYOptics紫外光•紫外：大约8×1014Hz到大约3.4×1016Hz•分三个频段：UVA(320-400nm),UVB(290-320nm),andUVC(220-290nm).•UVC几乎完全被大气吸收•会灼伤皮肤注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy14PEKINGUNIVERSITYOptics来自太阳的UV臭氧层吸收波长低于320nm的紫外光(UVBandUVC),云层散射剩下的部分但大部分UVA和部分UVB会穿透大气层注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy15PEKING

7、UNIVERSITYOptics红外、可见和紫外光对人的影响(Sunburn)注：这些图片来自网络资料ele-chenzhy16PEKINGUNIVERSITYOptics极短波长区域Vacuum-ultraviolet(VUV)Softx-rays180nm>λ>50nm5nm>λ>0.5nmAbsorbedby<<1mmofairStronglyinteractswithcoreIonizingtomanymaterialselectronsinmaterialsExtreme-ultraviolet(XUVorE

8、UV)50nm>λ>5nm注：这些图片来自网络资料Ionizingradiationtoallmaterialsele-chenzhy17PEKINGUNIVERSITYOptics射频从几个Hz到大约109Hz1887年，麦克斯韦去世后八年，当时是德国卡尔斯鲁厄的赫希舒勒技术学校物理教授的海因里希⋅赫兹，成功地产生和检测到电磁波