Как материалы поглощают свет

Мне любопытно, как свет поглощается материалами. Насколько я понимаю, когда электрон поглощает фотон, он возбуждается до уровня энергии, который выше, чем уровень, на котором он находится, и разница энергий между уровнями равна энергии фотона. Затем электрон спонтанно возвращается в свое основное состояние, испуская фотон с таким же количеством энергии.

Таким образом, в этом сценарии фотон по существу рассеивается на электроне. Что происходит, когда материал поглощает энергию так, что, например, ультрафиолетовый свет попадает на материал, а из него излучается инфракрасный свет? Что происходит между фотонами и материалом в этом случае?

Чтобы было ясно, мне любопытно, что происходит, когда свет полностью поглощается материалом, и что определяет, поглощается ли он или просто рассеивается, как описано в моем первом абзаце.

Привет Крис. Можете ли вы уточнить, что вы спрашиваете? Если вы спрашиваете, почему материалы полностью поглощают свет, то это потому, что энергия преобразуется в колебательную энергию, т.е. в тепло. Если вы спрашиваете, почему некоторые материалы повторно излучают свет с большей длиной волны, это связано с флуоресценцией .
Где вы нашли этот не совсем точный отчет?
Высокоэнергетический электрон может также преобразовывать в колебательную энергию молекул (фононов), особенно в связях между молекулами.
Вы можете найти это интересное rp-photonics.com/rabi_oscillations.html

Ответы (2)

Когда фотон взаимодействует с атомом, могут произойти три вещи:

  1. при упругом рассеянии фотон сохраняет свой энергетический уровень и меняет угол

  2. при неупругом рассеянии фотон сохраняет часть своей энергии и меняет угол

  3. поглощения, фотон отдает всю свою энергию поглощающему атому, и фотон перестает существовать

Зеркало 1., упругое рассеяние, отражение.

Теперь вы описываете в обоих случаях 3. поглощение. Разница между этими двумя случаями заключается в том, что в первом случае вы описываете поглощение, когда фотон отдает всю свою энергию поглощающему атому/электрону и прекращает свое существование. Затем электрон релаксирует за один шаг и испускает фотон с той же энергией, что и поглощенный фотон.

Во втором случае фотон поглощается (ультрафиолетовое излучение), фотон прекращает свое существование, отдает всю свою энергию поглощающему атому/электрону, а затем электрон релаксирует в один или несколько приемов, может быть с задержкой, но излучаемый фотон имеет другую энергию, чем первоначально поглощенный фотон (ИК-свет).

Электрон (атом) может расслабиться по-разному, например, за один шаг. Тем не менее, испущенный фотон может иметь другой энергетический уровень, чем первоначально поглощенный. Особенно, когда релаксация происходит в несколько этапов, все излучаемые фотоны имеют энергию, отличную от энергии исходного фотона.

Все это примеры люминесценции, которая представляет собой самопроизвольное излучение света веществом, не являющимся результатом нагревания.

Фотолюминесценция – это излучение света после поглощения фотона. Он инициируется фотовозбуждением (как в вашем случае).

Теперь очень важно понять, что может меняться не только количество шагов релаксации, но и задержка между поглощением и испусканием.

В случае фосфоресценции оно может доходить до миллисекунд.

Фосфоресценция - это тип фотолюминесценции, связанный с флуоресценцией. В отличие от флуоресценции, фосфоресцирующий материал не сразу повторно излучает поглощенное им излучение. Более медленные временные масштабы переизлучения связаны с «запрещенными» переходами энергетического состояния в квантовой механике. Поскольку в некоторых материалах эти переходы происходят очень медленно, поглощенное излучение повторно излучается с меньшей интенсивностью в течение нескольких часов после первоначального возбуждения.

https://en.wikipedia.org/wiki/Фосфоресценция

введите описание изображения здесь

В случае фосфоресценции электрон находится в интеркомбинационном переходе, обычно в триплетном состоянии. Это требует времени, и электрон будет расслабляться в течение более длительного периода времени.

Мне любопытно, что происходит, когда свет полностью поглощается материалом, и что определяет, поглощается ли он или просто рассеивается, как описано в моем первом абзаце.

Это зависит от вашего определения материала. Для твердых тел квантово-механические эффекты, т.е. уровни энергии, которые могут поглощать фотон, действуют не только на атомы. Твердые тела состоят также из молекул и решеток. Эти группировки обладают энергиями связи и соответствующей возможностью поглощения одного фотона и испускания другого, распределения энергии по уровням в молекулах и решетке.

Так что многое может произойти, когда фотон сталкивается с твердым материалом, начиная с описания атомных взаимодействий в ответе Арпада Сендрея и заканчивая взаимодействием со всей решеткой. См. ленточную теорию твердых тел , чтобы понять сложность. Энергия фотона будет способствовать повышению температуры материала и, таким образом, пойдет на его излучение черного тела.

Если материал жидкий, снова существуют связанные квантово-механические состояния, в которых фотон может поглощаться, а энергия деградировать с последующим девозбуждением. Это больше зависит от времени и пространства, чем в твердых телах.

Газы ближе всего к атомным реакциям, поскольку их сложность состоит только в молекулярном уровне добавления дополнительных энергетических уровней для переходов.

Как материалы поглощают свет
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v