發生光電效應的時間是10 9s是怎麼測出的?

時間 2021-06-24 18:07:27

1樓:尼格爾的科學夢想

光電效應發生的時間,遠不至 秒吧?!據我所知,這個時間遠小於10^-15秒啊。

這些物理過程都不是可以直接觀測的,都是通過間接的方法,反推這個過程。

測量10^-9秒時間的過程,在物理學上還是很普通很平常的一件事哦。可以參考 @橙子 的回答。

2樓:橙子

測量這種極短時間光學過程的工具就是超短脈衝雷射。在目前超快光學領域,納秒量級(10-9s)過程是乙個比較長的過程啦,更短的像飛秒(10-15s)乃至阿秒(10-18s)過程都可以測量,主要得益於飛秒雷射和阿秒雷射技術。

下面以你說的光電過程為例來說明一下過程。

測量時有兩種方法一種就是甭浦探測的方式。把飛秒雷射分成兩束,功率比較大的一束光作為幫浦浦光,另一路為探測光。這兩路光經過不同的光路照射到待測量的材料上,可以通過乙個位移臺控制這兩路光之間的光程差,也就是兩路光的脈衝到達待測材料的時間差。

維持幫浦浦光不變,逐漸增加探測光的光程,並測量探測光在材料上的反射率或透射率。當兩個脈衝同時到達材料上時,由於幫浦浦光功率較大,材料的吸光能力已經飽和了,因此對探測光的吸收率最弱,此時探測光的反射或透過率最大。隨著探測光的光程增加,與幫浦浦光的時間間隔逐漸增大,材料吸收幫浦浦光的能量逐漸轉變成光電流釋放掉,其對探測光的吸收能力也逐漸恢復,因此對探測光的反射率或透射率也逐漸變小。

只要記錄下這個過程中探測光反射率或透射率的變化時間就可以得到光電轉換過程的時間了。

幫浦浦探測的方式的時間靈敏度取決於雷射脈衝的寬度和光程控制的精度,實際上光程的精度容易保證,因此主要還是脈衝寬度決定的。

另一種測量方法就是時間相關的方式了。使用一束飛秒雷射和兩個超快超靈敏的電流探測器,例如雪崩二極體,我們稱之為探測器A和探測器B。這種探測器靈敏到每過來乙個電子都會被放大很多倍最終形成乙個電脈衝被記錄下來,同時,它的響應速度又非常快,可以達到幾十上百GHz,也就是幾十皮秒(10-12s)。

飛秒雷射分成兩束,一束雷射照射到待測材料上產生光電流,並被探測器A記錄下來,另一束雷射功率非常小經過光電轉換後被探測器B記錄下來。資料記錄完成後分析兩個探測器記錄的訊號之間的時間關聯,主要是統計兩者之間時間差的分布。比如,我們發現兩個訊號之間大部分時間差都小於10納秒,就說明是雷射照射到材料上後光電流大部分是在10納秒內產生的,因此光電流的轉換時間就是10納秒啦。

這種方法受限於探測器的響應速度,通常最短也就測到皮秒量級的物理過程,再快得就不行了。

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