co so khoa ho c va t lie u chuong12 7493

CHƯƠNG 12 TÍNH CHẤT QUANG 12.1 Các khái niệm • Tính chất quang hiểu hành vi vật liệu tác dụng xạ điện từ đặc biệt ánh sáng thấy 12.1.1 Bức xạ điện từ - Theo quan niệm cổ điển: Bức xạ điện từ xem sóng gồm hai thành phần điện trường từ trường vuông góc với phương truyền sóng - Ánh sáng, nhiệt, sóng rada, sóng radio, tia X… tất dạng xạ điện từ - Mỗi dạng xạ đặc trưng phạm vi bước sóng kỹ thuật tạo Trong phần này, chủ yếu trình bày vấn đề có liên quan tới xạ nhìn thấy, theo định nghĩa xạ mà mắt ta nhạy cảm Tất xạ điện từ truyền qua chân không với tốc độ tốc độ ánh sáng (c = 3.108 m/s) Tốc độ liên hệ với số điện môi εo độ thẩm từ chân không μo thông qua hệ thức: c= ε μ0 Tần số ν bước sóng λ xạ điện từ hàm số tốc độ c theo hệ thức: c = λν - Theo quan niệm học lượng tử: Bức xạ điện từ sóng mà gồm nhóm hay bó lượng gọi photon - Năng lượng E photon bị lượng tử hoá, tức có giá trị riêng quy định hệ thức: E = hν = Trong đó: hc λ - h: số Planck, có giá trị 6,63.10-34J.s Như lượng photon tỷ lệ với tần số tỷ lệ nghịch với bước sóng xạ Năng lượng photon cho phổ điện từ - Khi mô tả tượng quang học liên quan đến tương tác xạ chất lý giải thường thuận lợi xem xét ánh sáng theo quan điểm photon 12.1.2 Tương tác ánh sáng với chất rắn - Khi ánh sáng từ mơi trường sang mơi trường khác số xạ ánh sáng truyền qua mơi trường, số bị hấp thụ số bị phản xạ bề mặt phân cách hai môi trường - Cường độ chùm tia tới bề mặt môi trường tổng cường độ chùm sáng truyền qua, hấp thụ phản xạ: Trong đó: I o = I A + IT + I R - A, T, R tương ứng biểu diễn độ truyền qua (IT/Io), độ hấp thụ (IA/IO) độ phản xạ (IR/IO), tức tỷ lệ phần ánh sáng tới được, truyền qua, phản xạ hấp thụ vật liệu - Những vật liệu có khả truyền ánh sáng với độ hấp thụ phản xạ tương đối nhỏ vật suốt - Những vật mờ: vật liệu mà ánh sáng qua chúng bị tán xạ vào vật liệu đến mức mà nhìn qua mẫu vật liệu khơng thể phân biệt rõ ràng đối tượng - Những vật khơng cho ánh sáng nhìn thấy truyền qua gọi vật đục 12.1.3 Tương tác nguyên tử điện tử - Các tượng quang học xảy bên vật rắn có liên quan đến tương tác xạ điện từ nguyên tử, ion điện tử - Hai tượng quan trọng tương tác là: Sự phân cực điện tử Sự chuyển dời lượng điện tử Sự phân cực điện tử - Một hai thành phần sóng điện từ điện trường biến thiên nhanh Ở phạm vi tần số thấy được, điện trường tương tác với đám mây điện tử bao quanh trường nguyên tử gây phân cực điện tử - Cứ lần thành phần điện trường thay đổi hướng lần làm lệch đám mây điện tử so với hạt nhân nguyên tử Điều dẫn tới Ỉ Một phần lượng xạ bị hấp thụ Ỉ Sóng ánh sáng bị chậm lại qua môi trường Chuyển dời điện tử - Sự hấp thụ xạ điện từ gây nên chuyển dời điện tử từ trạng thái lượng sang trạng thái lượng khác Một số khái niệm quan trọng cần ý: Ỉ Các trạng thái nguyên tử (mức lượng) gián đoạn nên tồn khoảng cách ΔΕ riêng mức lượngỈ photon có tần số tương ứng với ΔΕ cho phép hấp thụ chuyển dời điện tử Ỉ Điện tử khơng thể tồn trạng thái kích thíchỈ sau thời gian ngắn, điện tử trạng thái kích thích có xu hướng nhảy trở lại trạng thái ban đầu mức lượng thấp phát xạ điện từ Ỉ Có thể có nhiều đường để điện tử trạng thái kích thích chuyển trạng thái có mức lượng thấp phải ln bảo đảm bảo tồn lượng cho chuyển dời điện tử hấp thụ phát xạ 12.2 Các tính chất quang học kim loại - Xét trường hợp sơ đồ vùng lượng điện tử kim loại mơ tả hình trên, hai trường hợp có vùng lượng cao điền đầy điện tử phần - Bức xạ ánh sáng tới kích thích điện tử chuyển lên trạng thái lượng chưa bị chiếm nằm mức fermi, kết ánh sáng tới bị hấp thụ Ỉ Các kim loại đục Ỉ Sự hấp thụ hồn tồn xảy lớp mặt mỏng, thường nhỏ 0,1 μm, màng kim loại có bề dày ≤0,1 μm có khả truyền ánh9 sáng thấy - Kim loại hấp thụ tần số ánh sáng nhìn thấy liên tục có trạng thái điện tử cịn trống Æ chúng cho phép chuyển dời điện tử - Trên thực tế, kim loại đục tất xạ điện từ vùng tần số thấp phổ: sóng vơ tuyến điện, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, khoảng xạ tử ngoại - Các kim loại suốt tất xạ tần số (tia Rontghen, tia gamma) 10 ... trạng thái kích thích c? ? xu hướng nhảy trở lại trạng thái ban đ? ?u m? ?c lượng thấp ph? ?t xạ điện t? ?? Ỉ C? ? thể c? ? nhi? ?u đường để điện t? ?? trạng thái kích thích chuyển trạng thái c? ? m? ?c lượng thấp phải... nên t? ??n khoảng c? ?ch ΔΕ riêng m? ?c lượngỈ photon c? ? t? ??n số t? ?ơng ứng với ΔΕ cho phép hấp thụ chuyển dời điện t? ?? Ỉ Điện t? ?? khơng thể t? ??n trạng thái kích thíchỈ sau thời gian ngắn, điện t? ?? trạng thái... t? ?c nguyên t? ?? điện t? ?? - C? ?c t? ?ợng quang h? ?c xảy bên v? ?t rắn c? ? liên quan đến t? ?ơng t? ?c xạ điện t? ?? nguyên t? ??, ion điện t? ?? - Hai t? ?ợng quan trọng t? ?ơng t? ?c là: Sự phân c? ? ?c điện t? ?? Sự chuyển dời lượng