怎樣用能帶理論解釋玻璃是透明的？
02-19
求教
光通過純凈的材料時，會和材料相互作用。從經典的角度說，包括反射，透射和吸收。但是實際情況材料很難做到絕對純凈，所以還有散射的問題造成不透明。而相對透明是指光能從材料一端到另一端損失的能量很小（嚴格地講只有真空是完全透明的，所以我們只能討論相對透明）。
第一，考慮吸收。根據能帶理論，玻璃的禁帶寬度對應紫外波段，所以玻璃吸收紫外光，不能吸收可見光，所以可見光就可以透過。具體波長細節可以通過吸收光譜得到。
第二，考慮反射。玻璃的電子被束縛在原子核周圍，不存在像金屬一樣的大量自由電子，所以不會有很強的反射。
第三，考慮內部散射。玻璃是非晶，宏觀上看均勻各向同性，內部雜質如果極小（遠小於光波長）而折射率又一致，散射現象就不會很明顯。
綜上，通常的玻璃在可見光波段相對透明。從能帶理論角度說，可見光的能量範圍約為1.6~3.1 eV，而玻璃是一種絕緣體，其能隙大於這個值，因此「不吸收」可見光。（參考：約為9eV，Phys. Rev. B 83, 174201 (2011)）
但是這樣解釋顯然是不完整的：絕緣體不都是透明的，應當考慮其他因素；光在玻璃中速度小於，光子不會沒有與玻璃發生作用。
物質的透明度主要跟光的吸收有關。
光作為一種能量流，在穿過介質時，能引起介質的價電子躍遷或影響原子的振動而消耗能量，此即光的吸收。
當光子能量大到電介質的禁帶寬度Eg時，電子就會吸收光子能量從價帶躍遷到導帶，致使吸收係數驟然增大。
- 沒有任何一種介質（真空除外）對任何波長的電磁波都完全透明的。
- 對某些波長透明的介質，對另一些波長則不透明。
如：石英，對可見光幾乎完全透明。（對可見光的吸收量很小）
對波長3.5~5.0μm的紅外光卻是不透明的。（這種吸收稱為選擇性吸收）- 吸收由一般吸收和選擇性吸收兩部分組成。透明材料的選擇吸收使其呈不同顏色。如果介質在可見光範圍對各種波長的光的吸收程度相同，則稱為均勻吸收。在此情況下，隨著吸收程度的增加，顏色從灰變到黑。
光的吸收常常由特殊離子或發色基團引起，因此，吸收係數除了與波長有關外，還與電介質中吸收離子濃度成正比。
貼張課件里的圖：
通俗解釋可以看看我的專欄小文：為什麼玻璃是透明的？ - Candela - 知乎專欄
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