光線(子)和物質的相互作用有三種:(1)光被反射(2)光被物質吸收(3)光透過物質。三者之和等于入射光。
而形成透明體的必要條件就是:它不吸收或者反射全部可見光。而產生這一效果的 原理就在于物質聚集態結構是各向同性還是各向異性。
物質聚集態結構如果是各向同性的話,光線就可以全部通過而沒有全部反射或者吸收,即透明;反之,物質聚集態結構是各向異性的話,光線就不能全部通過而產生反射或者吸收,即不透明。玻璃是非結晶體,其分子聚集態結構為各向同性,所以光線可以通過,因此透明。常見的鐵,因為是結晶體,其聚集態結構是各向異性的,光線就不能順利通過,所以不透明。如果將融化的鐵迅速冷卻,使其在迅速冷卻過程中不結晶,其聚集態結構形成各向同性,在理論上也可以制造出透明鐵的。但是,目前還無法實現。然后,要分清界面透過率和整體透過率。界面透過率小,反射率就大。通過界面的光,吸收越大,整體透過率就越小。
吸收和物質的能帶結構有著直接關系。
對于半導體,光子能量大于禁帶寬度時的本征吸收是最重要的,因此有了長波限。而實驗證明,波長比本征吸收限長的光波在半導體中也能被吸收。這說明還存在其他吸收過程,如激子吸收,雜質吸收,自由載流子吸收等。
金屬無帶隙,電子處于費米面,為自由電子,所以不存在電子躍遷吸收光這個說法。金屬對于光的吸收來自于自由電子振動發熱。
折射率和能帶結構有關系。可根據kk理論,借助微擾理論等推導計算折射率。
(Wemple S H, Didomenico M. Behavior of the Electronic Dielectric Constant in Covalent and Ionic Materials[J]. Physical Review B, 2008, 19(3):4875-4887.)
計算介電常數時,其和Eg,E1,△0等有關,而這些參數是由能帶結構確定的。
反射和折射率有關系。R=(n-1)^2+k^2 / (n+1)^2+k^2
不透明的物體的顏色取決于它反射的色光,透明物體的顏色取決于透過它的色光。不透明,可見至紅外均吸收,黑色;不透明,吸收紫外,不吸收可見光,白色?
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