Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất quang của vật liệu- Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Download

CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU

ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

6/2016

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

CHIẾT SUẤT

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

Chùm photon có vận tốc c₁truyền từ môi trường có chiết

suất n₁sang môi trường có chiết suất n₂với vận tốc c₂:

c₁n₂sin _i

 

c₂n₁sin _t

Trong đó:

• n₁, n₂: là chiết suất 2 môi

trường.

• c₁, c₂: là vận tốc chùm tia

trong 2 môi trường.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

Chiết suất (hay tỷ số khúc xạ):

c₀

n  

c ₀₀₀

 

  k_

Trong đó:

• c₀, c: là vận tốc chùm tia truyền trong chân không và

trong vật liệu.

• μ₀, μ : là độ thẩm điện môi trong chân không và trong

vật liệu.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Một chùm photon phát ra từ 1 nguồn laser vào 1 sợi

thủy tinh có chiết suất bằng 1,5.

• Tính góc tới của chùm photon sao cho phần tia truyền

qua sợi thủy tinh là nhỏ nhất.

Góc tối đa = 90^o- θ_i

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Để ngăn tia truyền qua, toàn bộ chùm tia phải phản xạ

bên trong sợi thủy tinh.

• Do đó, góc θ_t≥ 90^o.

• Giả sử chùm tia tới hợp với trục sợi thủy tinh một góc

60^o. Suy ra:

_i 90  60  30^o

• Đặt sợi thủy tinh (n = 1,5) trong không khí (n = 1), ta có:

n₂sin _i



n₁sin _t

1 sin30^o

 

 _t 48,6^o

1,5 sin _t

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

_t 48,6^o 90^o

• Với θ_tnày, chùm tia bị truyền qua.

• Như vậy, để ngăn truyền qua, phải điều chỉnh chùm tia

tới nông hơn, để θ_ttối thiểu bằng 90^o. Ta có:

1 sin _i



1,5 sin _t

1 sin _i

 

 _i 41,8^o

1,5 sin90^o

• Nếu góc giữa chùm tia và trục sợi = 90 – 41,8 = 48,2^o

hoặc nhỏ hơn, chùm tia bị phản xạ.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Nếu ngâm sợi thủy tinh trong nước, ta có:

1,333 sin _i



1,5 sin _t

1,333 sin _i





 _i 62,7^o

1,5 sin90^o

• Trong nước, chùm tia tới với góc = 90 – 62,7 = 27,3^ongăn

truyền qua.

Góc tối đa = 90^o- θ_i

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Một chùm photon đập vào một bản polyethylene trong

chân không với góc tới 10^o.

• Polyethylene có hằng số điện môi ở tần số cao k_∞= 2,3.

• Xác định chiết suất của polyethylene và góc truyền qua.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Chiết suất của polyethylene:

n  k_ 2,3 1,52

• Góc truyền qua:

sin _i

sin _t

n 

sin10^o

1,52

 sin _t

 _t 6,57^o

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Một vật liệu có hệ số phản xạ bằng 0,15 và hệ số hấp

thụ bằng 100cm^-1.

• Xác định độ dày cần thiết của một tấm vật liệu loại này

sao cho chỉ 1% bức xạ tới truyền qua được.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Tỷ số truyền qua và tia tới:

I_t

 1 R exp x

   

I₀

• Độ dày tấm vật liệu để 1% tia truyền qua được:

0,01 1 0,15 exp 100x



 



 x  0,0428cm

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Một vật liệu chưa biết trong suốt với ánh sáng có tần

số 1,3x10¹⁴s^-1.

• Tính năng lượng vùng cấm của vật liệu này.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Ta có E = hν.

• Vật liệu trong suốt với photon có năng lượng nhỏ hơn:

E_g h

 E  6,6310^34 1,310¹⁴

 0,54eV



 



1,610^19

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Một vật liệu có tính chất chuyển từ hấp thụ ánh sáng

sang cho ánh sáng truyền qua ở tần số 5x10¹⁴Hz.

• Khi quan sát vật liệu dưới ánh sáng ban ngày, dự đoán

màu của nó.

• Xác định năng lượng vùng cấm.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Bước sóng được xác định bởi:



 

310⁸

  

 610^7m  600nm

510¹⁴

• Ánh sáng thu được là ánh sáng đỏ nhạt (cam)

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Năng lượng vùng cấm:

E_g E_photon h

 E  6,6310^34 510¹⁴



 



 3,31510^19J  2,07eV

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Một diode phát quang (LED) chế tạo từ một lớp chuyển

tiếp p-n dựa trên vật liệu bán dẫn loại Ga-As-P, có năng

lượng vùng cấm 1,9eV.

• Tính bước sóng ánh sáng phát xạ.

TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

• Bước sóng được xác định bởi:

 

E_g

  

E_g

  

  

6,6310^34 310⁸



 



 6,5410^7m  654nm

1,9 1,610^19





• Ánh sáng thu được là ánh sáng đỏ

Tải về để xem bản đầy đủ

25 trang baolam 27540 Free

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất quang của vật liệu- Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

bai_tap_co_so_khoa_hoc_vat_lieu_tinh_chat_quang_cua_vat_lieu.pdf