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

Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất quang của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về tính chất quang của vật liệu, chiết suất, tỷ số truyền qua và tia tới,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất quang của vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 6/2016 TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU CHIẾT SUẤT TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Chùm photon có vận tốc c1 truyền từ môi trường có chiết suất n1 sang môi trường có chiết suất n2 với vận tốc c2: c1 n 2 sin i   c 2 n1 sin 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    k c 00 0 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 = 90o - θi 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 θt ≥ 90o. • Giả sử chùm tia tới hợp với trục sợi thủy tinh một góc 60o. Suy ra: i  90  60  30o • Đặt sợi thủy tinh (n = 1,5) trong không khí (n = 1), ta có: n 2 sin i  n1 sin t 1 sin 30o    t  48, 6o 1,5 sin t TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU t  48, 6o  90o • Với θt này, chùm tia bị truyền qua. • Như vậy, để ngăn truyền qua, phải điều chỉnh chùm tia tới nông hơn, để θt tối thiểu bằng 90o. Ta có: 1 sin i  1,5 sin t 1 sin i   o   i  41,8 o 1,5 sin 90 • Nếu góc giữa chùm tia và trục sợi = 90 – 41,8 = 48,2o 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   o   i  62, 7 o 1,5 sin 90 • Trong nước, chùm tia tới với góc = 90 – 62,7 = 27,3o ngăn truyền qua. Góc tối đa = 90o - θi TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU • Một chùm photon đập vào một bản polyethylene trong chân không với góc tới 10o. • 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 n sin t sin10o  sin t   t  6,57 o 1,52 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: It  1  R  exp  x  2 I0 • Độ dày tấm vật liệu để 1% tia truyền qua được: 0, 01  1  0,15  exp  100x  2  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 g   6,63 10   1,310   1,6 1019  0,54eV 34 14 1 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: c   3 108 7   6  10 m  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 g   6, 63 1034    5 1014   3,315 1019 J  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: c  v c  Eg h hc  Eg   6, 63  10 34    3  108   6,54  107 m  654nm 1,9  1, 6 1019  • Ánh sáng thu được là ánh sáng đỏ ...