第七章 光的量子性

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1、第七章光的量子性§1光的相速和群速度1、相速按波动理论，通常的光速测定法相当于测中的.可看出，这里所代表的是单色平面波的一定的位相向前移动的速度。位相不变的条件：即称位相速度（相速）位相不变的条件：上式所表示位相速度乃是严格的单色波（有单一的确定值）所特有的一种速度。即为常量，严格的单色波的空间延续和时间延续都是无穷无尽的余弦波，理想的极限情况。2、群速实际遇到的是形式不同的脉动，仅在空间某一范围、时间某一间隔内发生，在时间、空间上有起点和终点，而任何形式的脉冲都可看成是由无限多不同频率、不同振幅的单色正弦波（余弦）迭加而成，在无色散介质中所有这些单色波

2、以同一相速度传播，脉动在传中播形状不变，可以这一速度向前传播（永远）。但除真空外，任何介质通常都具色散特征，即相速随频率而变，因而迭加的脉动形状不断变化。观察脉动时，先认定上面某一特点，例振幅最大的点，把这一点在空间传稀的速度看作代表整个脉动的传播速度。又因脉动形状的改变，所选特殊点在脉动范围也不断改变位置，因而该速度和作为一个组成部分的单色平面波动相速不同。瑞利说法，波群脉动的传播速度称为群速度113、相速和群速的关系例：很接近脉动为随时空缓慢变化，相较很小。选点（最大值）计算这一点前进速度（群速）它是波的一定振幅向前推进的速度，因而也是在一定条件下运

3、动着的脉动所具有能量的传播速度。某一瞬时，（波峰）重合，t时间后，B1和B2（波峰）重合，这时间内，最大振幅值从A点称到B点，即AB这一段距离和t的比值给出群速。由图中：任意波：即有：瑞利公式另一种推导方法：不选最大值，选任一指定的合振幅A0也可计算，AO不变的条件：因不随变。11单色波的特征在于用相速表一定位相推进的速度。任何脉动的一般特征在于用群速表示一定振幅推进速度。由折射率定义：，相速之比，与波长有关所以有关，真空中无区别4、图示法计算瑞利指出，实验在色散物质中测量到的都是群速而不是相速。例如，对二硫化碳（放在最前面）用光线方向的改变的折射法，测

4、得的而迈克尔逊用实测光速方法求得，这绝不是实验误差造成的。5、慢光子（如何使光速减慢）由群速的定义11（注：为相速）当分母很大时，可以很小。色散性质：大，大，正常色散；小，小，反常色散为获得极慢光速，要求，即获得这种正常色散介质是出现极慢光速的关键，这意味着在折射率对频率的坐标系中，要有一段很陡的曲线。例：测二硫化碳的折射率：，当.试求：光在中的相速，群速，群速折射率。相速：又由而群速折11§2热辐射光辐射与物质相互作用过程中，发现了一些用光的电磁波理论所无法解释的现象，在研究过程中，产生了最初的量子概念。主要介绍黑体福射，光电效应化学发光：辐射过程中物

5、质内部发生化学变化（如燃烧）光致发光：用外来辐射预先照射物体使之发光。如：荧光、磷光场致发光：由电场作用引起的（辉光放电，电弧放电等）阴极发光：通过电子可引起团体（如矿物质）产生辐射另一种便是热辐射，其在量值方面和按波长分布方面都取决于辐射体的温度。热辐射的光谱是连续的，其性质与温度有关，也与物体性质有关，任何温度的物体都能发出一定的热辐热，不一定要高温。例：常温下，多数物体辐射不可见的红外光到500℃左右，开始发出暗红的可见光温度升高，辉光逐渐亮起来，且波长较短的辐射越来越多，大约1500℃左右，变成明亮的白炽光，温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应

6、的频率越高。同一温度下，钢到800℃时，可见明亮的红光，同一温度，水晶不辐射可见光。§3辐射出射度与吸收比1、辐出度单时、物体单面向各方向发散的能量该物在T时发射V的单色辐出度（实为辐射功率）各种频率的总功率2、吸收比辐射照射到一不透明物体上，一部分吸收，一部分反对（透明体，另一部分透射）用d表示照射到单面物体上的辐能。表示物体单面上所吸收的辐射能。为该物的吸收比，.随V、T变化，且不同物（特别是表面的不同）吸收比也不同§4基尔霍夫定律实验表明，单色辐出度与吸收比之间有一定联系。例1：一块白底黑花瓷砖11高温下发出的辐射：因原来白底的地方吸收得少（反射较

7、多），所以辐射的光强弱，原黑花纹吸收多，发射的光强大。同一温度下，吸收和发射有严格正比关系。例2：温度不同的物体。放一密闭容器。理想绝热容器，其内部真空，物与容器物与物之间只能通过辐射和吸收来交换能量。单位时间内物体辐射能量比吸收多时，温度下降，辐射也会减弱，相反，吸辐射体温度升高，辐射加强。这样经过一段时间后，所有物体包括容器，都会达到相同的温度，建立热平衡，此时，物体单位时间内的辐射与吸收的能量相等。可见，热平衡时，单色辐出度大者，吸收一定大，辐出度小，吸收小。基氏根据热平衡原理得出§5黑体及其经典辐射定律表面不反射光，能在任何温度下吸收射来的一切电

8、磁辐射。热平衡时，具有最大吸收比（=1）。即具有最大的单色辐出度即普适函数就是绝