量子光学教学ppt课件

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1、第15章量子光学-----光的粒子性(热辐射、光电效应、康普顿效应)牛顿（Newton，1642-1727）惠更斯（Huygens，1629-1695）——光的微粒学说——光的波动学说1801年英国托马斯·杨的杨氏双缝干涉；1817年法国菲涅耳提出惠更斯—菲涅耳原理；1865年麦克斯韦预言了光就是电磁波；1882年德国夫琅和费的光栅衍射新的波动学说牢固的建立起来了18世纪，微粒说占统治地位1900年普朗克的辐射体能量量子化；1905年爱因斯坦提出光量子的概念；1922年康普顿效应；光的“波粒二象性”光的粒子性

2、19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了成功：1)机械运动方面2)在分子物理方面:解释了温度、压强、气体的内能。3)在电磁学方面:一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。4)能量转化与守恒定律:------力、电、光、声等都遵循的规律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。正如1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到：即：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕尽是一位重视现实和

3、有眼力的科学家，就在上述文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”“在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”这两朵乌云是指什么呢？普朗克量子力学的诞生（微观领域）相对论问世（高速领域）热辐射实验能量均分定理失效迈克尔逊-莫雷实验以太漂移“零结果”1、黑体热辐射和普朗克的能量子假设2、光电效应和爱因斯坦的光量子理论3、康普顿效应量子光学----光的粒子性15.1热辐射热辐射:任何温度下物体都向外辐射电磁波。单位时间辐射能量和能量按波长的

4、分布，与物体的温度有关。这种与温度有关的电磁辐射叫做热辐射.平衡热辐射:当一个物体单位时间内吸收的能量恰好等于辐射消耗的能量时,物体的温度保持恒定,这种状态下的热辐射称平衡热辐射②单色辐射出射度：e(T,λ)W/m3单位时间、单位面积、所辐射的波长在附近单位波长区间的电磁波能量15.1.1辐出度、吸收系数、反射系数①总辐出度：E(T)W/m2单位时间、单位面积所辐射的电磁波能量1、反映物体辐射能力的量：②单色反射系数：①单色吸收系数：2、反映物体吸收和反射能力的量：设单位时间投射到单位面积的波长在附近单位波长

5、区间的辐射能量为物体吸收了，物体反射了对于不透明的物体，有：根据单色吸收系数的不同，可区分灰体：选择性吸收体：对某波长或波段较大绝对黑体：在同样的温度下，各种不同的物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收系数之比值都相等，且等于在该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。物理含义：好的吸收体也是好的辐射体绝热恒温体B1B2B3真空T=C15.1.3基尔霍夫定律（Kirchhoff’sLaw）研究热辐射的中心问题是研究黑体的辐射问题实验装置AL1B1PB2C黑体准直系统三棱镜测量系统15.1.4黑体辐射的实验规律P:将不

6、同波长折向不同方向，B2:围绕P转动，吸收不同波长的单色辐出度。总结出：黑体辐射的实验规律6000K5000K4000K3000KStafan-Boltzmann定律(1879,斯特藩)斯特藩—玻尔兹曼常量B)Wien位移定律(1893)1884年玻尔兹曼理论证明单位时间辐射能量及能量按波长分布取决于温度：1400K800K1000K1200Kb)铁块的颜色变化a)当你取出靠近时微热---热乎---很热---热浪逼人当我们把一块铁放到火炉中，随着时间的推移，铁块温度越来越高----单位时间辐射能量越来越多-

7、-----能量按照波长的分布不同注意：2）热辐射规律在现代技术中有广泛的应用---高温测量、遥感、遥测、红外跟踪等。1）以上两规律适用于黑体，对非黑体只近似成立例子：低温火炉辐射能集中在红光。高温物体辐射能集中在蓝、青色。应用：光测高温计，测量发电厂炉内温度。炉火纯青例：太阳可以看成黑体，地球上测出其峰值波长为m=5100Å，则其表面温度和辐出度为多少？由解：15.1.5经典物理学遇到的困难----黑体辐射的理论解释方面1234567891）Rayleigh-Jean’sformula1890年瑞利--金

8、斯kB=1.38065810-23J/K--“紫外灾难”2）Wien’sformula1896年德国维恩C1、C2须用实验确定1234567893）Planck’sformula1900年德国物理学家普朗克普朗克h=6.6310-34J·s符合得很好！12345678915.1.6Planck能量量子化假设普朗克注意到:经典理论中把黑体中的原子和分子都看成可以吸收或辐射电磁波的谐振子，且电磁