光学讲座 4. 量子光学第 2 部分
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1. 干扰
2. 散射
3. 吸收
4. 放松
5. [一代]（#5-代）
a. 量子光学第 1 部分
1. 干扰
⑴ 概述
①光子一般在大于光波长的介质中产生的现象
② 相长干涉和相消干涉
⑵ 类型1. 【光的直线性】(https://jb243.github.io/pages/746) : 光的干涉的一种
⑶ 类型2. 【光的反射】(https://jb243.github.io/pages/746) : 光的干涉的一种
⑷ 类型3. 【光的折射】(https://jb243.github.io/pages/746) : 光的干涉的一种
⑸ 类型 4. 光的偏振
① 概述
○ 定义： 光仅沿一个方向振动
○ (注)自然光在与传播方向垂直的各个方向上振动
○ 偏振是光表现出波动特性的重要证据
② 应用1. 马吕斯定律
③ 应用2. 布鲁斯特定律
○ 定义 ： 当反射光线和折射光线之间的角度为 90 度时，它们会发生偏振
④ 应用3. 双折射
○ 两种折射光分别称为普通光线和非常光线
○ 普通光线和非寻常光线都是偏振光
⑤ 应用4. 散射
○ 散射光由两种相互垂直振动的偏振光组成
2.散射
⑴ 概述
①定义：光在穿过含有小于光波长的粒子的介质时，偏离原来的方向，向不同方向移动的现象
② 可以理解为光子与粒子的碰撞
③ 散射光由两种相互垂直振动的偏振光组成
⑵ 类型1. 弹性散射
① 定义： 无能量变化的散射。入射波长和散射波长相同
② 1-1. 瑞利散射 : 当波长远大于粒径时
○ 散射强度，瑞利散射的波长 λ 可以表示为：
○ 短大气层（白天）
○ 大部分透过红、黄、橙光
○ 紫光散射较多，无法到达眼睛
○ 蓝光适度散射，使天空呈现蓝色
○ 厚大气层（傍晚）
○ 必须穿过约40倍白天大气层厚度的层
○ 只有长波长的红、橙、黄光才能到达眼睛
○ 蓝色和紫色光散射很多，不会到达眼睛
○ 外太空 : 呈现黑色，因为没有气体粒子可散射
○ 火星日落 : 由于气体稀少，观测到蓝色日落
图 1. 火星上的日落1]
③ 1-2. 米氏散射
○ 波长与粒径相似时的散射
○ 散射所有波长范围，产生白色散射光
④ 1-3. 廷德尔现象
○ 定义： 由于胶体中的颗粒，入射光的路径是可见的
○ 与瑞利散射相似，但散射条件和路径不同
○ 目前还没有数学公式可以精确描述丁达尔现象
⑶ 类型 2. 非弹性散射> ① 定义： 随能量变化而发生的散射。入射波长和散射波长不同
② 2-1. 拉曼散射
○ 用拉曼位移表示，取决于瑞利散射的位移量
○ 无法直接测量振动能量，类似于红外光谱
○ 拉曼位移以 cm-1 为单位测量
○ 量子力学理解 : 拉曼散射前后的能量差对应分子振动能量
○ 当材料获得能量时称为斯托克斯散射
○ 当材料失去能量时称为反斯托克斯散射
○ 由于基态的分子比振动激发态的分子多，斯托克斯散射比反斯托克斯散射更常见
○ 应用 ： 拉曼光谱
③ 2-2. 康普顿散射(康普顿散射)
④ 2-3. 布拉格散射
⑤ 2-4. 非弹性 X 射线散射
3。吸收
⑴ 定义：光在材料中被吸收并消失的现象
⑵ 类型1.根据材料类型的吸收： 光谱
⑶ 类型2.根据物质浓度的吸收：朗伯-比尔定律
① I : 光强度
② d : 光穿透路径的长度
③ a : 吸收系数取决于介质
④ T : 透过率
⑤ A : 吸光度（单位 : OD（光密度））
⑥ c : 摩尔浓度
⑦ ε : 摩尔吸光系数
⑷ 颜色
①定义：物质选择性地吸收可见光，从而产生不同视觉感受的特性
② 彩色光学
4。放松
⑴ 定义： 光能转化为其他形式的能量。
⑵ 类型1. 光热效应：
① 定义： 吸收的能量以热能的形式散发出来。
○ 电磁波电场中的分子发生极化、旋转、振动、摩擦，产生热量（温度上升）。
② 用于13.56 至24.125 GHz 范围内的食品加热。
○ 主要使用2.45 GHz。
○ 根据使用的波长，可分为微波加热和射频加热。
③基因组单位体积产生的热能。
○ f : 频率 (Hz)
○ E : 电场强度
○ ε” = ε tan δ, tan δ : 可能是损耗系数（也可能是其他值）
④ 应用：食品加热、提高种子发芽率、干燥、消灭害虫。
⑶ 2型. 荧光：
① 定义： 吸收的能量以光能的形式发射。
② 共振荧光：发射与吸收的辐射频率相同的辐射。
③ FRAP和FLIP实验：
○ FRAP实验：用于评估漂白荧光膜蛋白的回收率。
○ FLIP实验：用于评估荧光膜蛋白的迁移率。
⑷ 类型3. 光电效应：
① 定义： 光能释放光电子。
② X射线光电子能谱（XPS）原理。
5.一代
⑴黑体辐射：
① 定义： 所有具有能量的物体都会发光的现象。
② 黑体：吸收所有入射能量并发射所有吸收能量的物体。
③ 振动模式数量：
○ 基于节点处的驻波。
○ 一维驻波：长度为 L，根据自然数 n 存在不同的简正振动模式。» ○ 3D 驻波：根据波模式的状态向量（l、m、n）存在不同的波（光）。
○ 模式数量：如果在距原点半径为 p 的球体 1/8 范围内有 N*(p) 个网格点，
○ 模态数量 (N*) 与频率 (ν) 之间的关系。
○ 该公式没有考虑状态数相同但相位相反的两个波。
○ 结论：体积 V = L3，模式数 N = N* / V。
⑴ 瑞利-金斯定律：
○ 概述：对于黑体辐射的分析，应观察紫外突变。
○ 给定频率 ν 下每单位体积的平均振动能量。
○ 紫外线灾难： 黑体辐射波长接近零的无限能量。
○ 实际上，接近零波长的光会收敛到零强度。
⑤ 普朗克定律：
○ 马克斯·普朗克引入量子化，成功解释了单个光子的能量。
○ 单光子的能量。
○ 拥有 n 个频率为 ν 的光子的概率。
○ 系统的平均能量。
○ 频率ν 下单位体积的平均辐射能量。
○ 普朗克曲线：发射能量根据波长的分布，仅取决于温度。
图 2： 普朗克曲线。
⑥ 斯特凡-玻尔兹曼定律： 黑体单位时间内单位面积辐射的能量与物体绝对温度T(K)的四次方成正比。
○ 对于真实物体，该公式有时会乘以反射率ε。
○ 这里，σ : Stefan-Boltzmann 常数，8.22 × 10^-11。
⑦ 维恩位移定律： 发射最大辐射能时的波长λmax (μm)与黑体的绝对温度T(K)成反比。
○ 这里，α : 维恩常数，2.89 × 10^3。
⑧ 泡利不相容原理：
○ 定义： 原子中没有两个电子可以具有相同的量子数集。
○ 为什么普朗克曲线显示为连续图。
○ 随着原子积累，能级重叠，形成连续的能级外观。
图 3： 由于轨道重叠而导致能级分裂。
图 4： 由于轨道重叠而形成能带。
⑵ 发光二极管
⑶ 激光
⑷ 【粒子加速】(https://jb243.github.io/pages/754#:~:text=%E2%91%B7-,%EC%A2%85%EB%A5%98,-4.%20%ED%95%98%EC%A0%84)
⑸ 荧光
⑹【切伦科夫辐射】(https://jb243.github.io/pages/2130#A1)
⑺ 轫致辐射
⑻ 高 Z 金属荧光
⑼ 【表面等离子共振】(https://jb243.github.io/pages/754)
输入： 2020.03.30 18:06