光源的类型和发光机理分析及其物理意义(2)

3.1.2、多个原子的自发光：其产生的电场和磁场与每个原子的热运动空间位置、运动方向、电偶极矩大小、频率等直接相关。也就是每个原子产生的电场和磁场的矢量叠加结果。黑体辐射就是众多不同热运动状态的原子所产生的电场和磁场的矢量叠加结果：由于原子和分子热运动方向、频率和行程存在一定的随机性，但总体上存在统计学分布规律，所以其产生的电磁辐射强度与频率间的关系也存在类似连续性的正态分布的特征。

3.2、原子的强迫发光

3.2.1、单个原子的强迫发光：当外加电场和磁场使原子中的电子和原子核朝相反的方向改变运动状态时，就会使原子成为与入射光主频相近的时变电偶极矩的电偶极子。原子就会产生与入射光主频相近的次生光，其中朝入射光反向传递的就被称作反射和散射光；朝入射光同向传递的就被称作折射、衍射和绕射光。但原子产生的次生光的相位与入射光是存在半个周期的差异的。因为自入射光加速电子（原子核因质量远大于电子，其位移量小得多，可暂不考虑），到电子的位移量达到最大值（最大电偶极矩）正好需要半个周期的时间。而次生光的相位与原子的电偶极矩是相同的。因此，次生光与入射光就出现了半个周期的相位差。如下图所示：

3.2.2、多个原子的强迫发光：其电场和磁场是每个原子产生的电场和磁场的矢量叠加。当外电场的波长比原子大得多的时候，在四分之一波长范围内的每个原子被外电场和磁场作用时的极化基本同步，其产生的次生光就会处于叠加加强状态中；而当原子间的距离大于四分之一波长时，它们被极化就不同步了，其产生的次生光的叠加结果就会变得更加复杂：有的相互叠加增强，有的相互抵消而削弱。这可能就是不同表面性状的反射光的强度不同的原因所在吧。

3.3、原子的复合发光

当原子既处于热运动状态，又被外加电场和磁场作用时，则其产生的电场和磁场就是自发光和强迫发光的组合结果：即在自发光基础上叠加了强迫发光。它们依然遵循矢量叠加原理。

三、发光类型和发光机理的物理意义简述

1、自发光的物理意义

利用物质无时无刻都在自发光的特性，可以很好地解释相关物理现象与实验结果。如：

1.1、解释黑体辐射：利用自发光机理可以很好地解释黑体辐射的产生机理：分子和原子的无序热运动仍然遵循统计学规律，它们的热运动行程与分子和原子平均间距直接相关；它们的运动速度和方向是在不停地变化着的，当与相邻原子和分子相碰撞时就会改变运动速度和方向。但当物体的温度一定时，相同热运动频率的分子和原子的数量分布基本遵循正态分布规律，其峰值对应的频率直接决定了物体的温度。这也是不接触测量物体温度的基本原理。

1.2、解释卡西米尔效应：卡西米尔效应就是原子与原子或分子与分子间因相互靠近和同步运动时会产生的电磁相互作用力的一部分。把中性（不带电）金属板视为不会发生电磁相互作用的观点是完全不符合客观实际的。由此也决定了卡西米尔效应根本不能证明真空能及涨落的存在。

1.3、施特恩-格拉赫实验结果：原子并非电中性粒子，特别是单个银原子的情况下，不能将其视为电中性粒子。在没有外加非均匀磁场时，银原子的运动路径是直线，并不会在玻璃上分裂或分散分布的规律表明：银原子的运动轨迹是确定的、非波动的；而当施加不均匀磁场后分裂为二部分并不能证明银原子本身具有波动性。只是证明银原子具有磁极性并会被外加磁场改变运动方向而已。

1.4、电子双缝干涉实验：因双缝间隙中是存在由缝隙边缘产生的电磁辐射的，不同时刻路经缝隙的电子受到的电磁辐射作用力的大小与方向是不同的，其改变运动方向的大小与倾向也是不同的。因此，不同时刻路经缝隙的电子会落到屏幕的不同位置上。但因缝隙间的电磁辐射是有一定的变化规律的，因此，电子落在屏幕上的位置也会出现一定的规律性，从而形成类似于明暗干涉条纹似的分布现象。

2、强迫发光的物理意义

可以利用其机理解释各类与光有关的物理现象与实验结果，包括反射光存在的半波损失、偏振折射光存在的法拉第磁光效应、超黑材料单缝实验结果无衍射光现象、表面平整度决定反射和散射光强度变化和吸光率变化、契伦科夫辐射现象、原子线性光谱、白炽灯发光、太阳光照射下地面上各种物体颜色千变万化等。

文章来源：《分析测试技术与仪器》 网址: http://www.fxcsjsyyq.cn/zonghexinwen/2021/1116/906.html