材物4章材料的光學(xué)

1、4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射一、定義一、定義n材料以某種方式吸收能量之后，將其轉(zhuǎn)化為光能即發(fā)射光子的過(guò)程，這就是光發(fā)射光發(fā)射。n自然界中很多物質(zhì)都可發(fā)光，但近代顯示技術(shù)所用的發(fā)光材料主要是無(wú)機(jī)化合物，在固體材料中主要是采用禁帶寬度較大的絕緣體，其次的半導(dǎo)體它們通常以多晶粉末、薄膜或單晶的形式被應(yīng)用。n從應(yīng)用的角度，主要關(guān)注材料的光學(xué)性能包括：發(fā)光顏色、發(fā)光強(qiáng)度及延續(xù)時(shí)間等。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射平衡輻射和非平衡輻射平衡輻射和非平衡輻射1. 平衡輻射q只與輻射體的溫度和發(fā)射本領(lǐng)有關(guān)，如白熾燈的發(fā)光。2. 非平衡輻射在外界激發(fā)下物體偏離了原來(lái)的熱平衡，繼而發(fā)出的輻射。

2、4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射光源光源能夠發(fā)光的物體稱(chēng)為光源能夠發(fā)光的物體稱(chēng)為光源 = (E2-E1) / hE1E2 原子光波列原子光波列 (wave train) cL c 一般光源的發(fā)光特點(diǎn)：一般光源的發(fā)光特點(diǎn)： 1 間歇性；間歇性； 2 隨機(jī)性。隨機(jī)性。 （1）熱輻射）熱輻射 （2）電致發(fā)光）電致發(fā)光 （3）光致發(fā)光）光致發(fā)光 （4）化學(xué)發(fā)光）化學(xué)發(fā)光 自發(fā)自發(fā)輻射輻射（5）同步輻射光源）同步輻射光源 （6）激光光源）激光光源 受激受激輻射輻射激發(fā)態(tài)原子或分子的自發(fā)輻射激發(fā)態(tài)原子或分子的自發(fā)輻射 = (E2-E1) / hE1E2激發(fā)態(tài)原子或分子的受激輻射激發(fā)態(tài)原子或分子的受

3、激輻射 4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射4.7.14.7.1 激勵(lì)方式激勵(lì)方式材料發(fā)光前可以有多種方式向其注入能量4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.1 4.7.1 激勵(lì)方式激勵(lì)方式一、光激勵(lì)（光致發(fā)光） 通過(guò)光的輻照將材料中的電子激發(fā)到高能態(tài)從而導(dǎo)致發(fā)光。 激勵(lì)光源可以采用光頻波段、x-射線波段、-射線波段。 如熒光燈：通過(guò)紫外線激發(fā)涂布于燈管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.14.7.1 激勵(lì)方式激勵(lì)方式二、陰極射線發(fā)光 利用高能量的電子來(lái)轟擊材料，通過(guò)電子在材料內(nèi)部的多次散射碰撞，使材料中多種發(fā)光中心被激發(fā)或電離而發(fā)光的過(guò)程。 如

4、彩電的顏色：采用電子束掃描，激發(fā)顯象管內(nèi)表面上不同成分的熒光粉，使它們發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種基本光波而實(shí)現(xiàn)發(fā)光。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.24.7.2 激勵(lì)方式激勵(lì)方式三、電激勵(lì)（電致發(fā)光） 通過(guò)對(duì)絕緣發(fā)光體施加強(qiáng)電場(chǎng)而導(dǎo)致發(fā)光，或者從外電路將電子（或空穴）注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶（或價(jià)帶），導(dǎo)致載流子復(fù)合而發(fā)光。 如儀器指示燈的發(fā)光二極管：半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光。一、發(fā)射光譜：一、發(fā)射光譜：發(fā)射光強(qiáng) 發(fā)射光波長(zhǎng)q指在一定的激發(fā)條件下發(fā)射光強(qiáng)按波長(zhǎng)的分布。q其形狀與材料的能量結(jié)構(gòu)有關(guān)。反映材料中從高能級(jí)始發(fā)的向下躍遷過(guò)程。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.34.7.3 材

5、料發(fā)光的基本性質(zhì)材料發(fā)光的基本性質(zhì)二、激發(fā)光譜：二、激發(fā)光譜：發(fā)光強(qiáng)度 激發(fā)光波長(zhǎng)q指材料發(fā)射某一特定譜線（或譜帶）的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光的波長(zhǎng)而變化的曲線q能夠引起材料發(fā)光的激發(fā)波長(zhǎng)也一定是材料可以吸收的波長(zhǎng)，但激發(fā)光譜吸收光譜（因?yàn)橛械牟牧衔展夂蟛灰欢〞?huì)發(fā)射光困難把吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉對(duì)發(fā)光沒(méi)有貢獻(xiàn)的吸收是不會(huì)在激發(fā)光譜上反映的）。反映材料中從基態(tài)始發(fā)的向上躍遷過(guò)程。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.34.7.3 材料發(fā)光的基本性質(zhì)材料發(fā)光的基本性質(zhì)三、發(fā)光壽命：三、發(fā)光壽命：n發(fā)光壽命指發(fā)光體在激發(fā)停止之后持續(xù)發(fā)光時(shí)間的長(zhǎng)短。n發(fā)光強(qiáng)度也以指數(shù)規(guī)律衰減：n余輝時(shí)間：

6、從激發(fā)停止時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度I0衰減到I0 /10的時(shí)間，按余輝時(shí)間長(zhǎng)短分為：ttIIenn00n - 初始激發(fā)態(tài)的電子數(shù)- 電子在單位時(shí)間內(nèi)躍遷到基態(tài)的概率=1/ 發(fā)光壽命4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.34.7.3 材料發(fā)光的基本性質(zhì)材料發(fā)光的基本性質(zhì)四、發(fā)光效率四、發(fā)光效率n量子效率q：n指發(fā)射光子數(shù)nout與吸收光子數(shù)（或輸入的電子數(shù)） nin之比。n功率效率p：n表示發(fā)光功率Pout與吸收光功率（或輸入的電功率）Pin之比。n光度效率l：n表示發(fā)射的光通量L與輸入的光功率（或電功率）Pin之比。功率效率與光度效率的關(guān)系： （）-人眼的視見(jiàn)函數(shù) I （）-發(fā)光功率的光譜分布

7、函數(shù) D 光功當(dāng)量inoutqnninoutqPPinlPL DdIdIql004.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.34.7.3 材料發(fā)光的基本性質(zhì)材料發(fā)光的基本性質(zhì)2. 復(fù)合發(fā)光復(fù)合發(fā)光 源于固體本征態(tài)的輻射躍遷源于固體本征態(tài)的輻射躍遷 固體能帶模型描述（限于最高能隙固體能帶模型描述（限于最高能隙Eg內(nèi)）內(nèi)）如如II-VI、III-V族半導(dǎo)體發(fā)光族半導(dǎo)體發(fā)光1. 分立中心發(fā)光分立中心發(fā)光3. 特殊的復(fù)合發(fā)光特殊的復(fù)合發(fā)光BaF2型型 固體中局域中心內(nèi)部電子態(tài)間的輻射躍遷固體中局域中心內(nèi)部電子態(tài)間的輻射躍遷 位形坐標(biāo)描述位形坐標(biāo)描述如稀土離子發(fā)光（寬禁帶絕緣體材料）如稀土離子發(fā)光

8、（寬禁帶絕緣體材料）發(fā)光分類(lèi)發(fā)光分類(lèi)4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制一、分立中心發(fā)光一、分立中心發(fā)光 RE3+發(fā)光，雜質(zhì)、缺陷發(fā)光發(fā)光，雜質(zhì)、缺陷發(fā)光 其發(fā)光通常是摻雜在透明基質(zhì)材料中的離子，或基質(zhì)材料自身結(jié)構(gòu)的某一個(gè)基團(tuán)。 選擇不同的發(fā)光中心和不同的基質(zhì)組合，可以改變發(fā)光體的發(fā)光波長(zhǎng)，調(diào)節(jié)其光色。 發(fā)光中心分布在晶體點(diǎn)陣中，受晶體點(diǎn)陣作用，使其能量狀態(tài)發(fā)生變化進(jìn)而影響材料餓發(fā)光性能。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制 根據(jù)發(fā)光中心與晶體點(diǎn)陣之間相互作用的強(qiáng)弱可分為兩種情況：

9、發(fā)光中心基本上是孤立的它的發(fā)光光譜與自由離子相似； 發(fā)光中心受基質(zhì)點(diǎn)陣電場(chǎng)（或晶體場(chǎng)）影響較大，其發(fā)光特性與自由離子不同必須把中心和基質(zhì)作為一個(gè)整體來(lái)分析。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制稀土離子發(fā)光：稀土離子發(fā)光：n “4f4f”電子組態(tài)間的躍遷電子組態(tài)間的躍遷 如Tb3+, Eu3+, Gd3+ +, Pr3+ 線譜，禁戒部分解除）n“4f5d”電子組態(tài)間的躍遷電子組態(tài)間的躍遷 如Ce3+帶譜，允許躍遷 特點(diǎn)：及其豐富的能級(jí)，具有光譜的可調(diào)性。特點(diǎn)：及其豐富的能級(jí)，具有光譜的可調(diào)性。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7

10、.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制 缺陷發(fā)光缺陷發(fā)光 F心，心，PWO的綠光、紅光中心，的綠光、紅光中心， ZnO的綠光，的綠光，ZrO2的發(fā)光的發(fā)光氧化物、氟化物、堿鹵化物，氧化物、氟化物、堿鹵化物，負(fù)離子缺位（電子陷阱）負(fù)離子缺位（電子陷阱）+ e F心心4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制1. 固體“導(dǎo)帶電子價(jià)帶空穴”間的復(fù)合2. “導(dǎo)帶電子受主A（空穴）”或“價(jià)帶空穴施主D（電子）”或“DA”復(fù)合3. 激子（“eh”）或束縛激子的復(fù)合4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理

11、機(jī)制固體中可能的躍遷固體中可能的躍遷（1）帶間吸收；（21）帶間發(fā)射或自由激子發(fā)射（因有一定結(jié)合能，略Eg,圖上未顯示）；（22）有一定聲子參與的光發(fā)射；（3）（5）與雜質(zhì)、缺陷有關(guān)的輻射復(fù)合；（6）分立中心內(nèi)部的發(fā)射；（7）無(wú)輻射（多聲子）弛豫；（8）俄歇Auger過(guò)程4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制復(fù)合發(fā)光效率：復(fù)合發(fā)光效率：帶間躍遷帶間躍遷直接高 （僅有光子參與的電子躍遷） 間接低 （有光子和聲子同時(shí)參與的電子躍遷）帶間躍遷中要保持能量守衡和動(dòng)量守衡帶間躍遷中要保持能量守衡和動(dòng)量守衡4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.

12、7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制 發(fā)光體被激發(fā)后，電子、空穴如何運(yùn)動(dòng)，激發(fā)態(tài)發(fā)光體被激發(fā)后，電子、空穴如何運(yùn)動(dòng)，激發(fā)態(tài)如何去激發(fā)如何去激發(fā)激發(fā)激發(fā) 能量傳遞能量傳遞 發(fā)光發(fā)光 研究方法：發(fā)光衰減（研究方法：發(fā)光衰減（ ），激發(fā)光譜，時(shí)間），激發(fā)光譜，時(shí)間分辨譜，發(fā)光的濃度依賴(lài)，溫度依賴(lài)，熱釋光。分辨譜，發(fā)光的濃度依賴(lài)，溫度依賴(lài)，熱釋光。4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制一、能量傳遞現(xiàn)象：一、能量傳遞現(xiàn)象：激發(fā)于某處（某中心），激發(fā)于某處（某中心），發(fā)光在另一處（另一中心）發(fā)光在另一處（另一中心）如如 Ca3(PO4)2:M

13、n，250nm激發(fā)時(shí)，激發(fā)時(shí)，Mn不發(fā)光，不發(fā)光， Ca3(PO4)2:Ce，250nm激發(fā)時(shí)，激發(fā)時(shí)，Ce發(fā)光，發(fā)光， Ca3(PO4)2:Mn，250nm激發(fā)時(shí)，可見(jiàn)激發(fā)時(shí)，可見(jiàn)Mn，Ce發(fā)光，發(fā)光， Ce Mn激發(fā)激發(fā)CdS 10-5cm發(fā)射發(fā)射4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)制 二、能量傳遞方式：二、能量傳遞方式： 載流子傳遞載流子傳遞 再吸收光子傳遞再吸收光子傳遞 共振傳遞共振傳遞 激子傳遞激子傳遞VBCB發(fā)光發(fā)光激發(fā)激發(fā)CuZnS:Cu4.7 4.7 材料的材料的光發(fā)射光發(fā)射 4.7.44.7.4 發(fā)光的物理機(jī)制發(fā)光的物理機(jī)

14、制 激光（Laser）是受激輻射光放大的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種單色性好,亮度高、相干性強(qiáng)、方向性好的相干光束。 激光技術(shù)是20世紀(jì)60年代后發(fā)展起來(lái)的一門(mén)技術(shù)，它帶動(dòng)了傅里葉光學(xué)、全息術(shù)、光學(xué)信息處理、光纖通信、非線性光學(xué)和激光光譜學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，形成了現(xiàn)代光學(xué)。 僅就全息照相和傅里葉光學(xué)中的一些最基礎(chǔ)的內(nèi)容作扼要的介紹。7-1激光（激光（LaserLaser）4.8 4.8 材料的受激輻射和激光材料的受激輻射和激光全息照相全息照相（holography）是利用光的干涉和衍射原利用光的干涉和衍射原理理，將攜帶物質(zhì)信息的光波以干涉圖的形式記錄下來(lái)，并且在一定的條件下使其再現(xiàn)，形成原物體逼真的立體象。由于記

15、錄了物體的全部信息，由于記錄了物體的全部信息，包括振幅和相位因此稱(chēng)為全息術(shù)包括振幅和相位因此稱(chēng)為全息術(shù)。7 7 其它光學(xué)性質(zhì)其它光學(xué)性質(zhì) 7.2 7.2 全息照相全息照相n為了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)，伽伯（D.Gabor，19001979）在1948年提出了全息術(shù)原理，并開(kāi)始了全息照相（holography）的早期研究工作。n那時(shí)的主要問(wèn)題是再現(xiàn)的原始象與其共軛象不能分離，以及沒(méi)有好的相干光源。n1960年出現(xiàn)了激光以后，1962年萊特（E.Leith）和烏帕特尼克斯（J.Upatnieks）在全息術(shù)中利用了激光，并提出了離軸全息術(shù)，使全息技術(shù)迅速發(fā)展成為科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新領(lǐng)域。n激光記錄和白

16、光再現(xiàn)的全息術(shù)，例如反射全息、象全息、彩虹全息以及合成全息等，使全息術(shù)在顯示方面展現(xiàn)出了它的優(yōu)越性，并逐步深入到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中。n而且，聲全息術(shù)和微波全息術(shù)等也已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展，但進(jìn)展遠(yuǎn)不如光學(xué)全息術(shù)。7 7 其它光學(xué)性質(zhì)其它光學(xué)性質(zhì) 7.2 7.2 全息照相全息照相全息照片的獲得光的干涉n由激光器發(fā)出的激光束，通過(guò)分光鏡分成兩束。n一束稱(chēng)物光，它是經(jīng)過(guò)透鏡擴(kuò)束后射向物體，再由物體反射后投向全息干版；n另一束光經(jīng)反射鏡反射和透鏡擴(kuò)束后直接照到全息干版上，稱(chēng)為參考光。n在干版上相遇后，發(fā)生干涉，形成干涉條紋。它是無(wú)數(shù)組干涉條紋的集合，最終形成一肉眼不能識(shí)別的全息圖。n干涉條紋的間距： d = /

17、2sin(/2)7 7 其它光學(xué)性質(zhì)其它光學(xué)性質(zhì) 7.2 7.2 全息照相全息照相全息照片的再現(xiàn)光的衍射n感光以后的全息底片經(jīng)顯影、定影等處理得到的全息照片上，記錄了無(wú)數(shù)干涉條紋，相當(dāng)于一個(gè)“衍射光柵”，n一般是用相同于拍攝時(shí)的激光作為照明光，照明光經(jīng)全息照片（即“光柵”）便發(fā)生衍射，得到一列沿照射方向傳播的零級(jí)衍射光波和二列一級(jí)衍射波。透鏡物體透鏡全息干板全反鏡全反鏡分光鏡電快門(mén)He-Ne激光器 全息照片的拍攝全息照片的拍攝7 7 其它光學(xué)性質(zhì)其它光學(xué)性質(zhì) 7.2 7.2 全息照相全息照相全息照片的主要特點(diǎn)全息照片的主要特點(diǎn) 立體感強(qiáng)。 具有分割性。 同一張全息干版可重疊多個(gè)全息圖。 有視差

18、效應(yīng)。 改變?nèi)⒄掌恢没蚋淖児獠úㄩL(zhǎng)可使再現(xiàn)圖像放大或縮小。7-2共軛實(shí)像三維虛像全息照片激光 全息照片的再現(xiàn)全息照片的再現(xiàn)7 7 其它光學(xué)性質(zhì)其它光學(xué)性質(zhì) 7.2 7.2 全息照相全息照相傅立葉光學(xué)傅立葉光學(xué) 光學(xué)信息處理光學(xué)信息處理n20世紀(jì)30年代以來(lái)，光學(xué)與電通訊和電信息理論相互結(jié)合，逐漸形成了傅立葉光學(xué)。n傅立葉光學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅立葉變換，它的物理基礎(chǔ)是光的衍射理論。n阿貝成象原理：1873年，阿貝（E.Abbe，18401905）在顯微鏡成象原理的論述中，首次提出了空間頻率和空間頻譜以及兩次衍射成象的概念，并用傅立葉變換來(lái)闡明顯微鏡成象的物理機(jī)制。1906年，波特（A.B.Por

19、ter）以一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了阿貝成象原理。7 7 其它光學(xué)性質(zhì)其它光學(xué)性質(zhì) 7.3 7.3 傅立葉光學(xué)傅立葉光學(xué)1、光電效應(yīng)的基本概念光電效應(yīng)的基本概念當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象叫當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象叫光電光電效應(yīng)效應(yīng)，所逸出的電子叫，所逸出的電子叫光電子光電子，由光電子形成的電流叫，由光電子形成的電流叫光光電流電流，使電子逸出某種金屬表面所需的功稱(chēng)為該種金屬的，使電子逸出某種金屬表面所需的功稱(chēng)為該種金屬的逸出功逸出功。8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.1 8.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)裝置單色光通過(guò)石英窗照射金屬板單色光通過(guò)石

20、英窗照射金屬板陰極上有光電子產(chǎn)生。陰極上有光電子產(chǎn)生。UGKA如將K接正極、A接負(fù)極，則光電子離開(kāi)K后，將受到電場(chǎng)的阻礙作用。當(dāng)K、A之間的反向電勢(shì)差等于U0時(shí)，從K逸出的動(dòng)能最大的電子剛好不能到達(dá)A，電路中沒(méi)有電流， U0叫遏止電壓。0maxeUEk 8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.1 8.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.1 8.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(2)存在截止頻率：存在截止頻率：對(duì)某一種金屬來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)入射光的頻率大于某一頻率0時(shí)，電子才能從金屬表面逸出，電路中才有光電流，這個(gè)頻率0叫做截止頻率紅限.0UaU0紅限

21、頻率紅限頻率(1)飽和光電流：飽和光電流：飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。U0312UIIS0(3)線性性：線性性：用不同頻率的光照射金屬K的表面時(shí)，只要入射光的頻率大于截止頻率，遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系。NaCaO2.01.06.08.010.0Hz1040102|US|8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.1 8.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(4)瞬時(shí)性瞬時(shí)性：無(wú)論入射光的強(qiáng)度如何，只要其頻率大于截止頻率，則當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，幾乎立即就有光電流逸出（延遲時(shí)間越為10-9s）8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.1 8.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1) 經(jīng)典認(rèn)為光強(qiáng)越大

22、，飽和電流應(yīng)該大，光電子的初動(dòng)能也該大。但實(shí)驗(yàn)上飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。4、經(jīng)典理論的困難、經(jīng)典理論的困難(2) 只要頻率高于紅限，既使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于紅限時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。而經(jīng)典認(rèn)為有無(wú)光電效應(yīng)不應(yīng)與頻率有關(guān)。(3) 瞬時(shí)性。經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.1 8.1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)、愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)1905年，愛(ài)因斯坦對(duì)光的本性提出了新的理論，認(rèn)為光年，愛(ài)因斯坦對(duì)光的本性提出了新的理論，認(rèn)為光束可以看成是由微粒構(gòu)成的粒子流，這

23、些粒子流叫做束可以看成是由微粒構(gòu)成的粒子流，這些粒子流叫做光光量子量子，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)光子光子。在真空中，光子以光速。在真空中，光子以光速c 運(yùn)動(dòng)。一個(gè)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)頻率為頻率為 的光子具有能量的光子具有能量eeh 2 、光電效應(yīng)的愛(ài)因斯坦方程、光電效應(yīng)的愛(ài)因斯坦方程Wmvh 221 8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.2 8.2 光子光子 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程3、光電效應(yīng)解釋、光電效應(yīng)解釋(1)飽和光電流強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比：飽和光電流強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比：對(duì)于給定頻率的光束來(lái)說(shuō)，光的強(qiáng)度越大，表示光子的對(duì)于給定頻率的光束來(lái)說(shuō)，光的強(qiáng)度越大，表示光子的數(shù)目越多，光電子越多，光電流越大。數(shù)目越多，光電子越多，光電流越大。(2) 紅限頻率的存在紅限頻率的存在：當(dāng)入射光頻率低于紅限頻率當(dāng)入射光頻率低于紅限頻率 0，h W/h），以致每個(gè)光子的能），以致每個(gè)光子的能量足夠大，電子才能克服逸出功而逸出金屬表面。所以紅量足夠大，電子才能克服逸出功而逸出金屬表面。所以紅限頻率限頻率 =W/h；8 8 光電效應(yīng)光電效應(yīng)8.2 8.2 光子光子 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程(3) 截止電壓與頻率成線性關(guān)系截止電壓與頻率成線性關(guān)系WheU 0eWehU 0Whmv 202102021eUmv aUKU 0(4)光電效應(yīng)的瞬時(shí)性光電效應(yīng)的瞬時(shí)性：當(dāng)電子一次性地吸收了一個(gè)光子