如何理解光的反射,透射和吸收?

如何理解光的反射,透射和吸收?,第1张

光的反射、透射和吸收

首先,光在界面的反射和折射是光与物质极化和电子相互作用的结果,才有介电常数和折射率这一说。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。

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。物质对于光的反射和折射是与其电导率相关的,具体表现为复数的介电常数,所以除非是完全绝缘体,否则必然会出现复介电常数,具体可参考电动力学麦克斯韦方程组。金属无带隙,电导率大,最终导致界面反射大,界面透过小,参考光学。另一方面,频率越低,反射率越大。所以金属大多呈白色,最不济也是黄色。有些如紫铜等,那些是因为杂质和其中的金属氧化物造成的。透过金属表面的光,却因为电子的自由振荡全部转化为热,其穿透深度一般小于100纳米,所以整体透过率为零,金属完全不透光。

半导体不同,因为其带隙大,电导率小,无自由电子,所以其表面反射率小,表面透过率大。半导体对于光的吸收来自于电子跃迁,高频光能量大,更有利于电子跃迁,低频光无法激发电子跃迁,基本透过。所以透过其表面的光,高频的在内部被吸收,低频的透过。

半导体材料到底是什么颜色的

不同的半导体颜色不同,这与带隙有关,窄带隙吸收可见光会偏灰黑(比如Si),宽禁带透可见光就是透明的(比如ZnO、GaN);

掺杂少了,颜色没啥变化,掺杂多了有变化。杂质在禁带中会形成不同的能级(与杂质种类有关,掺多了会形成杂质局域能带,称之为中间带,或与导带底、价带顶等衔接),影响光吸收,从而改变颜色;

体材料和薄膜的颜色有时不一样。薄膜薄的会透光,厚的透光少;

若薄膜厚度与波长相近还会产生干涉相应,也影响薄膜颜色(类似与肥皂泡上的彩色,有时据此简单推测薄膜厚度)。


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