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如何理解光的反射,透射和吸收

2022.5.27

光线(子)和物质的相互作用有三种:(1)光被反射(2)光被物质吸收(3)光透过物质。三者之和等于入射光。
而形成透明体的必要条件就是:它不吸收或者反射全部可见光。而产生这一效果的 原理就在于物质聚集态结构是各向同性还是各向异性。
物质聚集态结构如果是各向同性的话,光线就可以全部通过而没有全部反射或者吸收,即透明;反之,物质聚集态结构是各向异性的话,光线就不能全部通过而产生反射或者吸收,即不透明。玻璃是非结晶体,其分子聚集态结构为各向同性,所以光线可以通过,因此透明。常见的铁,因为是结晶体,其聚集态结构是各向异性的,光线就不能顺利通过,所以不透明。如果将融化的铁迅速冷却,使其在迅速冷却过程中不结晶,其聚集态结构形成各向同性,在理论上也可以制造出透明铁的。但是,目前还无法实现。然后,要分清界面透过率和整体透过率。界面透过率小,反射率就大。通过界面的光,吸收越大,整体透过率就越小。

吸收和物质的能带结构有着直接关系。
对于半导体,光子能量大于禁带宽度时的本征吸收是最重要的,因此有了长波限。而实验证明,波长比本征吸收限长的光波在半导体中也能被吸收。这说明还存在其他吸收过程,如激子吸收,杂质吸收,自由载流子吸收等。
金属无带隙,电子处于费米面,为自由电子,所以不存在电子跃迁吸收光这个说法。金属对于光的吸收来自于自由电子振动发热。

折射率和能带结构有关系。可根据kk理论,借助微扰理论等推导计算折射率。
(Wemple S H, Didomenico M. Behavior of the Electronic Dielectric Constant in Covalent and Ionic Materials[J]. Physical Review B, 2008, 19(3):4875-4887.)
计算介电常数时,其和Eg,E1,△0等有关,而这些参数是由能带结构确定的。

反射和折射率有关系。R=(n-1)^2+k^2 / (n+1)^2+k^2

不透明的物体的颜色取决于它反射的色光,透明物体的颜色取决于透过它的色光。不透明,可见至红外均吸收,黑色;不透明,吸收紫外,不吸收可见光,白色?


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