09 光的吸收
另外一个问题就是光的吸收，光的吸收就是使光通过材料的时候与材料发生相互作用，电磁辐射的能量被部分或者是全部转为其它能量的物理过程。当把一束光打在这个介质上，会发现传输的能量除以输入的能量，我们通常称为透射，如果把总能量除以透射的能量，可以得到一个所谓的吸收系数。可以看到在这个里面，如果吸收系数越大，光的穿透能力就越弱。可以看到，当吸收系数在5的时候，光基本传不过去，如果吸收系数是1，光就能比较轻松的传过去。
光的吸收
而光的吸收在生活当中是非常常见的，比如说柠檬黄色的原因是由于白光照在柠檬上，蓝光被柠檬吸收以后，反射到我们眼睛里的是红光和绿光的混合，从而形成黄光。另外绿叶也是，白光的其它颜色都被绿叶吸收，只能看到绿色的反射光进入我们眼睛，这是我们观察到绿色的原因。
另外一个问题大家可能没有注意，在夏天的时候，你会看到大家都穿浅色的衣服，其实物理原因很简单，如果你要穿深色衣服，你会吸收很多颜色的光，会导致你感觉很热，所以大家都会穿浅色的服装。其实光的吸收对人类影响最大的是光合作用，也就是植物，当吸收了光和空气中的二氧化碳之后，可以形成氧气并形成糖，这个过程是我们所有的生命之源，光合作用本身是一个非常复杂的过程，也不是我们这一节课主要讲述的内容。
而另外一种光转为其它能量的方式就是光可以转成热能或者电能。最常见的就是光转为热能，在高原地区烧水的时候，实际上就直接用两个反射的镜面来打在开水壶上，就可以把水烧开。同时呢 ，全国各地或者世界各地的太阳能热水器或者太阳能热水管这种器件，是直接将太阳能转成热能。
反射镜面烧开水
太阳能可以转成电能，我们希望能通过太阳能发电达到生活用电的要求，而最简单的器件结构就是我刚才说的发光器件结构，非常类似的，P型和N型的半导体结合一起，加反向偏压，有光照的时候，就可以产生电。这种太阳能电池的结构经过不断地优化和提高，我们已经把它提高到了非常高的效率，并且直接应用到我们现实生活当中。另外光的吸收还有各种其它的用途，比方说用它来做各种表征或者是成像，现在用的照相机，手机的摄像机，都是因为将光打在摄像机的探测器上，然后进行进一步成像，从而达到非常好的成像效果。
光电探测器
另外刚才提到，光也是一种电磁波，我们也可以通过不同波长的光进行一些成像和检测。比如说用红外光成像，夜间的时候士兵如果带着红外眼镜，就可以在夜里看到远处的敌人。另外还有不同波长的光成像可以有一定的穿透力，比如太赫兹成像，可以看到这幅图里面，通过太赫兹成像我们可以看到他藏在衣服里的手枪和在腰里别的刀。
太赫兹成像
我们不仅可以通过光的吸收或探测对物体进行成像，还可以对物体本身进行表征或者监测。比如说现在在疫情当中用的最多的红外测温仪，或者是红外监测器，所谓的红外监测器，就是装在家里通过它监测有没有人，如果有小偷进来，就可以用红外监测器监测到有红外信号，那么这时候就可以报警。而红外测温仪就是通过测量人体表面的温度，但是它们的精度不一样，比如说红外监测器主要能区别出来20度或者25度跟35度的区别，而红外测温仪的温度分辨率要到0.2度，如果是差5度的话，那么这个红外测温仪是没有用的。
随着现代技术的发展，大家有没有想过，我们究竟能看到多弱的光，大家可能没有考虑过这个问题，现在的技术可以实现单个光子的探测。所谓单个光子的探测，就前一位老师讲的，光既是电磁波又是粒子，如果考虑它是粒子的话，我手上这个激光器1秒钟能发出的光子数大约是1015，1015是什么概念呢？就是说大约有1千万亿个光子，而现在的探测器可以测到1千万亿分之1，也就是可以测到几个光子的分辨。所以随着技术的发展人们对光的了解会越来越清楚。
光子探测器
光子的一生，我今天介绍了从光的发射到光的传输，最后被吸收。它们的时间有长有短，比如说如果考虑我们屋里的灯光到桌面上被我们的眼睛所看到的时间，大约是10个纳秒。而如果我们考虑太阳的光能传到地球的时候，它需要的时间大约是8.3分钟。而仙女星座星系的光，如果能传到我们星球上，大约是250万年，所以光子的寿命有长有短，但经历和个性各不相同，正是由于这种不同，才给我们带来一个绚丽的世界。
好，我们今天的课就到这里，今天主要给大家介绍了光的产生、传输和吸收，跟我们生活中密切相关的，比如光是如何来的，它是如何传输，我们看到的一些自然现象怎么用光学知识解释，以及简单的物理原因，希望大家通过今天的学习能够对自然界中神奇的光学现象，有一个物理的认识和物理的理解，谢谢大家。
发表于 2020-4-29 11:05
