灯如何产生光子

问题描述

精选答案

首先要知道，只要带电荷的粒子的运动状态改变，那它就可以产生或吸收光子；当带电粒子从高的能量状态变到低的能量状态时它就会发出光子。其次要知道，日常生活中电子是最常遇到的带电粒子，而且它“轻盈”而容易改变运动状态，所以发光的几乎都是电子。再次要知道，一般电子总是处于最低能量状态，要让它发光，就先要激发它，然后它就会自动返回低能态（类似于水总往低处流）而发光。

激发电子就是使其能量增大，至少有三种方式：1）分子或原子的热运动使得彼此碰撞，这时就可能将一部分分子或原子的动能在碰撞时转移给电子，它再返回低能级时就发光。白炽灯是典型的例子。

2）电子吸收入射的光子而激发，向低能级返回时，可能并不按原路返回，而是先跳到一个较低的能级，再跳到更低的能级，这样就能发出较多个较小的光子。日光灯中汞原子因相互碰撞以及与灯管中的电子碰撞而发出紫外光子，这些紫外光子被管壁上的荧光粉分子吸收后发出可见光，这就是吸收大光子发出小光子的一个典型的例子。

3）交变的电场可推动导体中的自由电子做摇摆运动——电路中的电流振荡起来，于是就可发出无线电波（当然，这不属于灯发光，顺便说说）。

半导体发光（LED灯）是这样的：发光二极管的发光部位分成两个区域，P区域里富含空穴——价带顶部里的电子空轨道，N区中富含处于导带底部的几乎是自由的电子；两区域的分界处称为PN结，平常这里空穴与自由电子都很少，称为耗尽层；一旦在两区加上正向电压，自由电子和空穴都会向耗尽层逼近，当它们相遇时，自由电子就可能跳进空穴里，多余的能量就以光的形式发出。激光二极管大体类似——都是电子与空穴的复合，不同的是它还有光谐振和光放大，使得光更纯更亮。注意，电子本来就处于高能级的导带底部，外加电场的作用是推动这些电子进逼耗尽层，在那里跳进本来就低的能级——价带顶部的空轨道。