物性論から見た、ガラスが光を透過する原理

ガラスは光の殆どを透過し、一部の光を反射しますよね。２か月くらい前の固体物理の授業で物質が光を透過するかどうかの事を光のエネルギーに絡めて説明していたのですが、よく理解する事が出来ません。光子のエネルギーがエネルギーギャップを超える事で...と色々と言っていましたが、ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され電子が基底状態に戻る際に出した光が反射光として我々の目に見えるという事ですか？授業ではガラス等の非晶質固体についてはまだ深く学んでいませんが、結晶ではないのにバンド構造を持っているのですか？

お手数ですが、どなたかもうちょっと詳しい説明をお願いします。

No.2 ベストアンサー 回答者： leo-ultra 回答日時： 2014/01/25 22:43

> 光子のエネルギーがエネルギーギャップを超える事で...と色々と言っていましたが、ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され電子が基底状態に戻る際に出した光が反射光として我々の目に見えるという事ですか？

これは違います。ガラスは可視光に対して透明ということは、
バンドギャップよりもエネルギーが低いため、電子励起が起こっていないということです。

それでも反射は可視域でも起こります。
これについては＃１の方がWikiを引用されています。
電気電波の言葉で言えば、空気中とガラス中での光に対するインピーダンス不整合で、反射が起きます。

> ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され
これが起こるのはガラスの場合、深紫外域です。再び光が再放出されても紫外線なので、
人間の眼には見えません。


> 結晶ではないのにバンド構造を持っているのですか？

固体のような分散曲線(kとEの図）は書けないと思いますが、どうやら絶縁体結晶に相当する
バンドギャップのようなものは存在すると考えられています。

この回答へのお礼

理解する事が出来ました。ありがとうございました。

お礼日時：2014/01/31 22:30

No.3 回答者： i_am_a_god 回答日時： 2014/01/26 03:15

プラズマ周波数ではなくて？

No.1 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2014/01/25 15:36

＞お手数ですが、どなたかもうちょっと詳しい説明をお願いします。

　小学生向きの説明で・・
　小学校のときに共鳴を学びませんでしたか???
　音叉を並べて、一方の端の音叉を叩くと共鳴する音叉が鳴り始めましたね。
音叉をたくさん置いて、一方から音を出すと共鳴する音叉は音のエネルギーを吸収して自身が振動し始めますから、反対側に通り過ぎる音量は減ります。もし共鳴する音叉がないとそのまま素通りするはずですね。エネルギー保存則から当然類推されるはずです。
　一休さんの釣鐘じゃないですが、可視光線の波長の電磁波は二酸化ケイ素の共有結合、および殻外電子のエネルギーギャップに一致する物がない。

　可視光線の波長域に吸収帯を持たない--共鳴するエネルギーギャップ--を持ってないと、電磁波は通り抜けてしまいます。ガラスは赤外領域には吸収帯を持っていますから赤外線はガラスを暖める---ガラスに吸収されて透過できません。いわゆる温室効果--二酸化炭素。
　赤外線吸収スペクトルの調査で食塩の板を使用するのも・・

　反射はちょっと厄介で、これは屈折率(密度/誘電率)の差によるものです。面倒くさいのでWikiに振りますが
【引用】＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ここから
屈折率が異なる物質間の境界面に光が入射したときには、一定の条件を満たすように、反射光と透過光（屈折光）が生じる。この「一定の条件」とは、「波動ベクトルの境界面に平行な成分は、各光において等しい」「電界（電場）・磁界（磁場）の境界面に平行な成分は、境界面の両側で等しい」「電束密度・磁束密度の境界面に垂直な成分は、境界面の両側で等しい」である。
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ここまで［反射 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E5%B0%84# … )］より

　金属の場合は、電子が一旦エネルギーを受け取って放出します。

　このふたつの反射は、当然ですが反射光が偏光しているか否かで判別できますね。