news 2025/12/28 7:46:51

光是如何产生的?

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张小明

前端开发工程师

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光是如何产生的?

光的本质粒子流

一、核心辐射机制(基础分类)

这是光产生的两种最根本跃迁方式,其他发光机制本质上可归为这两类的延伸或具体应用。

• 自发辐射:粒子在无外部刺激时,自发从高能级跳向低能级,随机释放光子。
特点:光子频率、相位无规律,是最普遍的发光形式。
例子:蜡烛燃烧(分子热运动激发)、LED发光(电子-空穴复合)、太阳发光(氢核聚变激发)。

• 受激辐射:在外部特定频率光子的“刺激”下,高能级粒子同步跃迁,释放与入射光子频率、相位完全相同的光子。
特点:光子高度集中、方向性强,可形成激光。
例子:激光发生器(如氦氖激光器、半导体激光器)、激光雷达的发射光源。

二、按能量来源分类的具体发光形式

不同能量(热、电、光、化学能等)通过激发微观粒子,最终均通过“能级跃迁”产生光,具体可分为5类:

1. 热辐射(能量来源:热能)

• 原理:温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体,其内部分子、原子因热运动加速,带电粒子运动状态改变,进而辐射电磁波(光)。

• 特点:辐射光谱连续,温度越高,光的频率越高(低温物体发红外线,高温物体发红/白光)。

• 例子:烧红的铁块、白炽灯灯丝、地球向宇宙辐射的红外线。

2. 电致发光(能量来源:电能)

• 原理:电流通过物质时,直接激发电子到高能级,电子跃迁回低能级释放光子,无需依赖高温。

• 细分场景:

• 半导体电致发光:LED(电子与空穴复合发光)、OLED(有机材料通电发光);

• 气体电致发光:霓虹灯(电流激发氖/氩气体原子)、等离子体电视(气体放电产生紫外光,再激发荧光粉)。

3. 光致发光(能量来源:光能)

• 原理:物质先吸收特定频率的光(如紫外线、可见光),电子被激发到高能级,随后跃迁回低能级释放新光子,即“先吸光、再发光”。

• 例子:荧光灯(紫外线激发荧光粉)、夜光贴(吸收可见光后缓慢释光)、量子点显示器(蓝光激发量子点产生红/绿光)。

4. 化学发光(能量来源:化学能)

• 原理:通过化学反应释放的能量,直接激发物质中电子跃迁,进而辐射光子,无外部光/电的直接输入。

• 特点:能量以光子形式释放,而非主要转化为热能(部分伴随微弱发热)。

• 例子:荧光棒(内部试剂混合反应发光)、生物发光(萤火虫、深海生物发光,属“生物化学发光”分支)。

5. 轫致辐射(能量来源:高能粒子动能)

• 原理:高速运动的带电粒子(如电子)与原子核碰撞,或受强电场作用突然减速,运动状态急剧改变,多余动能以光子形式辐射,常见于高能物理场景。

• 例子:X射线管(高速电子撞击钨靶减速产生X射线)、脉冲星等天体辐射的X射线。

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