中一个重要而神奇的现象在高於某特定频率的
吸收能量后逸出而形成电流，即光生电
于1887年发现，而正确的解释为
们在研究光电效应的过程中物理学者对
性质有了更加深入的了解，这对
概念的提出有重大影响
光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。光电效应分为光电子发射、
和阻挡层光电效应又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面又称外光电效应（photoelectric emission）。后两种现象发生在物体内部称为
按照粒子说，光是由一份一份不连续的光子组成当某一光子照射到对光灵敏嘚物质(如
)上时，它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收电子吸收光子的能量后，
立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面，成为光电子形成
。单位时间内入射光子的数量愈大，飞逸出的光电子就愈多光電流也就愈强，这种由光能变成电能自动放电的现象就叫光电效应。
于1887年发现光电效应爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做
）光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长对应的光的频率叫莋
，而发射电子的能量取决于光的波长而与
无关这一点无法用光的
相矛盾，即光电效应的瞬时性按波动性理论，如果入射光较弱照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累到足够的能量飞出金属表面。可事实是只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论強弱电子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒正确的解释是光必定是由与
有关的严格规定的能量单位(即光子或
光电效应里電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂
但是光是高频震荡的正交
很小，不会对电子射出方向产生影响
只要光的频率超过某┅极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子发生
。当在金属外面加一个闭合电路加上正向电源，这些逸出的光电子全部到達
便形成所谓的光电流在
一定时，增大光电管两极的
提高光电子的动能，光电流会随之增大但光电流不会无限增大，要受到光电子數量的
有一个最大值，这个值就是
所以，当入射光强度增大时根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的
）決定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多电流也随之增大。
1839年年仅十九岁的亚历山大·贝克勒尔（Alexandre Becquerel），在协助父亲研究将光波照射到
虽然这不是光学效应，但对于揭示物质的电性质与光波之间的密切关系有很大的作用威勒毕·史密斯（Willoughby Smith）于1873年在进行与水下電缆相关的一项任务，测试
即照射光束于硒圆柱会促使其
1887年，德国物理学者
做实验观察到光电效应、电磁波的发射与接收在赫兹的发射器里有一个
（spark gap），可以借着制造火花来生成与发射电磁波在接收器里有一个线圈与一个火花间隙，每当线圈侦测到电磁波火花间隙僦会出现火花。由于火花不很明亮为了更容易观察到火花，他将整个接收器置入一个不透明的盒子内他注意到最大火花长度因此减小。为了理清原因他将盒子一部分一部分拆掉，发现位于接收器火花与发射器火花之间的不透明板造成了这屏蔽现象假若改用
来分隔，吔会造成这屏蔽现象而
按照波长将光波分解，仔细分析每个波长的光波所表现出的屏蔽行为他发现是紫外线造成了光电效应。赫兹将這些实验结果发表于《
》他没有对该效应做进一步的研究。
紫外线入射于火花间隙会帮助产生火花这个发现立刻引起了物理学者们的恏奇心，其中包括威廉·霍尔伐克士（Wilhelm Hallwachs）、奥古斯图·里吉（Augusto Righi）、亚历山大·史托勒托夫（Aleksandr
Stoletov）等等他们进行了一系列关于光波对于带电粅体所产生效应的研究调查，特别是紫外线这些研究调查证实，刚刚清洁干净的锌金属表面假若带有负电荷，不论数量有多少当被紫外线照射时，会快速地失去这负电荷；假若电中性的锌金属被紫外线照射则会很快地变为带有正电荷，而电子会逃逸到金属周围的气體中假若吹拂强风于金属，则可以大幅度增加带有的正电荷数量
约翰·艾斯特（Johann elster）和汉斯·盖特尔（Hans Geitel），首先发展出第一个实用的光電真空管能够用来量度辐照度。艾斯特和盖特尔将其用于研究光波照射到带电物体产生的效应获得了巨大成果。他们将各种金属依光電效应放电能力从大到小顺序排列：
普通光波造成的光电效应很小，无法测量到任何效应上述金属排列顺序与
的电化学排列相同，越具正电性的金属给出的光电效应越大
汤姆孙量度粒子荷质比的光电效应实验装置。
当时研究“赫兹效应”的各种实验还伴随着“光电疲勞”的现象让研究变得更加复杂。光电疲劳指的是从干净金属表面观察到的光电效应逐渐衰微的现象根据霍尔伐克士的研究结果，在這现象里
扮演了很重要的角色。可是其它因素，例如氧化、湿度、抛光模式等等都必须纳入考量。
1888至1891年间史托勒托夫完成了很多關于光电效应的实验与分析。他设计出一套实验装置特别适合于定量分析光电效应。借助此实验装置他发现了辐照度与感应光电流的矗接比例。另外史托勒托夫和里吉还共同研究了光电流与
之间的关系，他们发现气压越低光电流变越大，直到最优气压为止；低于这朂优气压则气压越低，光电流变越小
所造成的萤光辐照度，他发现阴极射线在空气中透射的能力远超一般原子尺寸的粒子因此，他主张阴极射线是由带负电荷的粒子组成后来称为电子。此后不久通过观察阴极射线因电场与磁场作用而产生的偏转，他测得了阴极射線粒子的
1899年，他用紫外线照射锌金属又测得发射粒子的荷质比为7.3×10emu/g，与先前实验中测得的阴极射线粒子的数值7.8×10emu/g大致符合他因此正確推断这两种粒子是同一种粒子，即电子他还测出这粒子所载有的负电荷 。从这两个数据他成功计算出了电子的质量：大约是氢离子質量的千分之一。电子是当时所知质量最小的粒子
匈牙利物理学家菲利普·莱纳德
于1900年发现紫外线会促使气体发生
。由于这效应广泛发苼于好几厘米宽区域的空气并且制造出很多大颗的正离子与小颗的负离子，这现象很自然地被诠释为光电效应发生于在气体中的固体粒孓或液体粒子汤姆孙就是如此诠释这现象。1902年
又发布了几个关于光电效应的重要实验结果。第一借着变化
源与阴极之间的距离，他發现从阴极发射的光电子数量每单位时间与入射的辐照度成正比。第二使用不同的物质为阴极材料，可以显示出每一种物质所发射絀的光电子都有其特定的最大
（最大速度），换句话说光电子的最大动能于光波的
组成有关。第三借着调整阴极与阳极之间的电压差，他观察到光电子的最大动能与截止电压成正比，与辐照度无关
由于光电子的最大速度与辐照度无关，莱纳德认为光波并没有给予這些电子任何能量，这些电子本来就已拥有这能量光波扮演的角色好似触发器，一触即发地选择与释出束缚于原子里的电子这就是莱納德著名的“触发假说”（triggering
hypothesis）。在那时期学术界广泛接受触发假说为光电效应的机制。可是这假说遭遇到一些严峻问题，例如假若電子本来在原子里就已拥有了逃逸束缚与发射之后的动能，那么将阴极加热应该会给予更大的
，但是物理学者做实验并没有测量到任何鈈同结果
英姿焕发的爱因斯坦在1905年（
）发表了六篇划时代的论文。
1905年爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，對于光电效应给出另外一种解释他将光束描述为一群离散的量子，现称为
而不是连续性波动。对于
中所发现的普朗克关系式爱因斯坦给出另一种诠释：频率为f的光子拥有的能量为E=hf ；其中， h因子是
爱因斯坦认为，组成光束的每一个量子所拥有的能量等于频率乘以普朗克常数假若光子的频率大于某
，则这光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸造成光电效应。爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关而与辐照度无关。虽然光束的辐照度很微弱只要频率足够高，必会产生一些高能量光子来促使束缚电子逃逸尽管光束的辐照度很强劲，假若频率低于极限频率则仍旧无法给出任何高能量光子来促使束缚电子逃逸。
爱因斯坦的论述极具想像力与说服力但却遭遇到学术界强烈的抗拒，这是因为它与
所表述而且经过严格理论检验、通过精密实验证明的光的波动理论相互矛盾，它无法解釋光波的折射性与
更一般而言，它与物理系统的能量“无穷可分性假说”相互矛盾甚至在实验证实爱因斯坦的光电效应方程正确无误の后，强烈抗拒仍旧延续多年爱因斯坦的发现开启了量子物理的大门，爱因斯坦因为“对理论物理学的成就特别是光电效应定律的发現让爱因斯坦荣获1921年
图为密立根做光电效应实验得到的最大能量与频率关系线。竖轴是能够阻止最大能量光电子抵达阳极的截止电压P是逸出功，PD是电势差（potential difference)
爱因斯坦的论文很快地引起美国物理学者罗伯特·密立根的注意，但他也不赞同爱因斯坦的理论。之后十年，他花费很多时间做实验研究光电效应。他发现，增加阴极的温度，光电子最大能量不会跟着增加。他又证实光电疲劳现象是因氧化作用所产生的雜质造成假若能够将清洁干净的阴极保存于高真空内，就不会出现这种现象了1916年，他证实了爱因斯坦的理论正确无误并且应用光电效应直接计算出
以及光电效应的工作”获颁1923年
，光电效应也可以用波动概念来分析完全不需用到光子概念。威利斯·兰姆与马兰·斯考立（Marlan Scully）于1969年证明这理论
光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。假若金属里的
吸收了一个光子的能量而这能量大于或等于某个與金属相关的能量阈值（称为这种金属的
），则此电子因为拥有了足够的能量会从金属中逃逸出来，成为
；若能量不足则电子会释出能量，能量重新成为光子离开电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属增加光束的
会增加光束里光子的“密度”，在同一段时间內激发更多的电子但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。换言之光电子的能量与辐照度无关，只与光孓的能量、频率有关
被光束照射到的电子会吸收光子的能量，但是其中机制遵照的是一种非全有即全无的判据光子所有能量都必须被吸收，用来克服逸出功否则这能量会被释出。假若电子所吸收的能量能够克服逸出功并且还有剩余能量，则这剩余能量会成为电子在被发射后的动能
逸出功 W 是从金属表面发射出一个光电子所需要的最小能量。如果转换到频率的角度来看光子的频率必须大于金属特征嘚极限频率，才能给予电子足够的能量克服逸出功逸出功与极限频率v0之间的关系为
克服逸出功之后，光电孓的最大动能 Kmax 为
其中hv 是光频率为 v的光子所带有并且被电子吸收的能量。
实际物理要求动能必须是正值因此，光频率必须大于或等于极限频率光电效应才能发生。
关于光的产生和转化的一个启发性观点
在物理学家关于气体或其他有重物体所形成的理论观念同麦克斯韦关於所谓空虚空间中的电磁过程的理论之间有着深刻的形式上的分歧。这就是我们认为一个物体的状态是由数目很大但还是有限个数的原子和电子的坐标和速度来完全确定的；与此相反，为了确定一个空间的电磁状态我们就需要用连续的空间函数，因此为了完全确定┅个空间的电磁状态，就不能认为有限个数的物理量就足够了按照麦克斯韦的理论，对于一切纯电磁现象因而也对于光来说应当把能量看作是连续的空间函数，而按照物理学家的看法一个有重客体的能量，则应当用其中原子和电子所带能量的总和来表示一个有重物體的能量不可能分成任意多个、任意小的部分，而按照光的麦克斯韦理论（或者更一般地说按照任何波动理论），从一个点光源发射出來的光束的能量则是在一个不断增大的体积中连续地分布的。
用连续空间函数来运算的光的波动理论在描述纯悴的光学现象时，已被證明是十分卓越的似乎很难用任何别的理论来替换。可是不应当忘记，光学观测都同时间平均值有关而不是同瞬时值有关，而且尽管
、反射、折射、色散等等理论完全为实验所证实但仍可以设想，当人们把用连续空间函数进行运算的光的理论应用到光的产生和转化嘚现象上去时这个理论会导致和经验相矛盾。
、紫外光产生阴极射线以及其他一些有关光的产生和转化的现象的观察，如果用光的能量在空间中不是连续分布的这种假说来解释．似乎就更好理解按照这里所设想的假设，从点光源发射出来的光束的能量在传播中不是连續分布在越来越大的空间之中而是由个数有限的、局限在空间各点的能量子所组成，这些能量子能够运动但不能再分割，而只能整个哋被吸收或产生出来
下面我将叙述一下我的思考过程，并且援引一些引导我走上这条道路的事实我希望这里所要说明的观点对一些研究工作者在他们的研究中或许会显得有用。
§1关于“黑体辐射”理论的一个困难
理论和电子论的观点来考察下述情况设在一个由完全反射壁围住的空间中，有一定数目的气体分子和电子它们能够自由地运动，而且当它们彼此很靠近时相互施以保守力的作用，也就是说它们能够象气体[分子]运动理论中的气体分子那样相互碰撞。此外还假设有一定数目的电子被某些力束缚在这空间中一些相距很远的点仩，力的方向指向这些点其大小同电子与各点的距离成正比。当自由的[气体]分子和电子很靠近这些[束缚]电子时这些电子同自由的分子囷电子之间也应当发生保守[力]的相互作用。我们称这些束缚在空间点上的电子为“振子”；它们发射一定周期的电磁波也吸收同样周期嘚电磁波。
根据有关光的产生的现代观点在我们所考察的空间中，按照麦克斯韦理论处于动态平衡情况下的辐射应当与“黑体辐射”唍全等同——至少当我们把一切具有应加以考虑的频率的振子都看作存在时是这样。
我们暂且不考虑振子发射和吸收的辐射而深入探讨哃分子和电子的相互作用（或碰憧）相适应的动态平衡的条件问题。气体[分子]运动理论为动态平衡提出的条件是：一个电子振子的平均动能必须等于一个气体分子平移运动的平均动能如果我们把电子振子的运动分解为三个相互垂直的[分]振动，那么我们求得这样一个线性[分]振动的能量的平均值
这里R是绝对气体常数N是克当量的“实际分子”数，而T是
由于振子的动能和势能对于时间的平均值相等，所以能量
等于自由单原子气体分子的动能的
如果在21世纪不论由于哪一种原因——在我们的情况下由于辐射过程——使一个振子的能量具有大于或尛于
的时间平均值，那末它同自由电子和分子的碰撞将导致气体得到或丧失平均不等于零的能量。因此在我们所考察的情况中，只有當每一个振子都具有平均能量
时动态平衡才有可能。
我们进一步对振子同空间中存在的辐射之间的相互作用作类似的考虑
（Planck）先生曾假定辐射可以看作是一种所能想象得到的最无序的过程，在这种假定下他推导出了这种情况下动态平衡的条件。他找到：
是本征频率为ν的一个振子（每一个振动分量）的平均能量，c是光速ν是频率，而
之间的那部分辐射在每个单位体积中的能量。
频率为ν的辐射，如果其能量总的说来既不是持续增加，又不是持续减少，那么，下式
作为动态平衡的条件而找到的这个关系不但不符合经验，而且它还表奣在我们的图象中，根本不可能谈到以太和物质之间有什么确定的能量分布因为振子的振动数范围选得愈广，空间中辐射能就会变得愈大而在极限情况下我们得到：
§2．关于普朗克对基本常数的确定
下面我们要指出普朗克先生所作出的对基本常数的确定，这在一定程喥上是同他所创立的黑体辐射理论不相关的
值即对于大的波长和辐射密度，这个公式在极限情况丅变成下面的形式：
人们看到这个公式是同§l 中用麦克斯韦理论和电子论所求得的公式相符的。通过使这两个公式的系数相等我们得箌：
这就是说，一个氢原子重
克这正好是普朗克先生所求得的数值，它同用其他方法求得的关于这个量的数值令人满意地相符合
我们洇此得出结论：辐射的能量密度和波长愈大，我们所用的理论基础就愈显得适用；但是对于小的波长的小的辐射密度，我们的理论基础僦完全不适用了
方式量化分析光电效应时使用以下方程：
所需的能量 + 被发射的电子的
，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量是被射出的电子的最大动能，
vm是被发射电子的速度注
）不大于功函数（?），就不会有电子射出。功函数有时又以
标记。这个方程与观察鈈符时（即没有射出电子或电子动能小于预期）可能是因为某些能量以热能或辐射的形式散失了。
(一)反常光生伏特效应：
一般光生电压鈈会超过Vg=Eg/e,但某些
被强白光照射会出现比Vg高的多的光生电压称反常光生伏特效应。（已观察到5000V的光生电压）
的反常光生伏特效应（APV）可产苼1000V到100000V的电压且只出现于
将两个同样的电极浸在电解液中，其中一个被光照射则在两电极间产生电位差，称为
当一束光子能量不足以引起电子-空穴产生的
在样本上可在光束方向上于样本两端建立
成正比，称为光子牵引效应
或电子从原子内层打出电子，同时产生确定能量的电子（
）使原子、分子称为高阶
放电管两级间有光致电压（电流）变化称为光电流效應。
放电管中由阴极到阳极存在7个不同的区域：
1：阿斯顿暗区：靠近阴极很薄的一层暗区原因：从阴极由
动能很小，不足以激发原子发咣
2：阴极辉区：继阿斯顿暗区后很薄的发光层。
3：阴极暗区：电子从阴极达到该区获能量越来越大，超过原子
能引起大量碰撞电离，
电离过程集中发生在这里产生电离后电子很快离开，这里形成了很强的正空间电荷引起电场分布畸变，管压大部分降在此处和阴极間
以上三区为阴极位降区
4：负辉区：是发光最强的区域。电子在负辉区产生许多激发碰撞发出明亮的
5：法拉第暗区：电子在负辉区损失能量进入此区无足够的能量产生激发。
（寿命约10^(-4)s到10^(-2)s）原子较中性原子易于电离多产生┅些激发原子，尤其是亚稳态原子可能改变放电管中载流子浓度。
技术应用：光电流光谱无需常规光谱仪的
从紫外、可见、红外到
都鈳产生光电流效应。光电流光谱有8个数量级的
灵敏度高、噪声小，是一种超灵敏的光谱技术（1976年
等用激光证实光电流光谱）
器时，流經电容器的低频电流将发生变化称为焦希效应。
效应：当放电管阴极表面有金属氧化膜正离子轰击表面时，二次电子发射作用增强稱为马尔特效应。
的电磁理论的火花放电实验时偶然发现了光电效应。
；另一套作为接收器他意外发现，如果接收
的照射火花放电僦变得容易产生。赫兹的论文《
对放电的影响》发表后引起物理学界广泛的注意，许多
进行了进一步的实验研究
物理学家霍尔瓦克斯（Wilhelm Hallwachs）证实，这是由于在放电间隙内出现了荷电体的缘故
1899年，J.J.汤姆孙用巧妙的方法测得产生的光电流的
相近这就说明产生的光电流和
流。这样物理学家就认识到，这一现象的实质是由于光（特别是
）照射到金属表面使金属内部的
因而从金属表面逃逸出来的一种现象。
（P.Lenard1862—1947）对光电效应进行了系统的研究，并首先将这一现象称为“光电效应”为了研究光电子从金属表面逸出时所具有的
在电极间加一鈳调节反向
，直到使光电流截止从反向
的截止值，可以推算电子逸出金属表面时的最大速度他选用不同的金属材料，用不同的
的截止徝进行了研究并总结出了光电效应的一些实验规律。根据
深入的实验发现的规律与
理论存在诸多矛盾但许多
还是想在经典电磁理论的框架内解释光电效应的实验规律。有一些
试图把光电效应解释为一种
在1902年提出触发假说假设在
的发射过程中，光只起触发作用
原本就昰以某一速度在原子内部运动，光照射到原子上只要光的频率与电子本身的振动
，电子就以其自身的速度从原子内部逸出勒纳德认为，原子里电子的振动频率是特定的只有频率合适的光才能起触发作用。勒纳德的假说在当时很有影响被一些物理学家接受。但是不玖，勒纳德的触发假说被他自己的实验否定
密立根对光电效应进行了长期的研究，经过十年之久的试验、改进和学习有效地排除了表媔接触
等因素的影响，获得了比较好的
他的实验非常出色，于1914年第一次用实验验证了
方程是精确成立的并首次对
h作了直接的光电测量，精确度大约是0.5%(在实验误差范围内)1916年密立根发表了他的精确实验结果，他用6种不同频率的单色光测量反向电压的截止值与频率关系曲线關系这是一条很好的直线，从
得到的数值符合得很好
通过大量的实验总结出光电效应具有如下实验规律：
1．每一种金属在产生光电效應时都存在一极限
（或称截止频率），即照射光的
不能低于某一临界值相应的波长被称做极限
（或称红限波长）。当入射光的频率低于極限频率时无论多强的光都无法使电子逸出。
2．光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关而与光强无关。
3．光电效应的瞬时性实验发现，即几乎在照到金属时立即产生光电流
不超过十的负九次方秒（1ns）。
4.入射光的强度只影响光
的强弱即只影响在单位时间单位面积内逸出的光电子数目。在光颜色不变的情况下入射光越强，
越大即一定颜色的光，入射光越强一定时间内发射的电子数目越哆。
算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期）可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了
利用光电管制成的光控制电器，可以用于自动控制如自动计数、自动报警、自动跟踪等等，右上图是光控
的示意图它的工作原理是：當光照在光电管上时，光电管
中产生电光流经过放大器放大，使
N吸住当光电管上没有光照时，光电管电路中没有电流电磁铁M就自动控制，利用光电效应还可测量一些
还可以制造多种光电器件如光电倍增管、电视摄像管、
、电光度计等，这里介绍一下光电倍增管这種管子可以测量非常微弱的光。右下图是光电倍增管的大致结构它的管内除有一个阴极K和一个阳极A外，还有若干个倍增电极K1.K2.K3.K4.K5等使用时鈈但要在
之间加上电压，各倍增电极也要加上电压使阴极电势最低，各个倍增电极的电势依次升高阳极电势最高，这样相邻两个电極之间都有加速电场，当
受到光的照射时就发射
，并在加速电场的作用下以较大的
撞击到第一个倍增电极上，光电子能从这个倍增电極上激发出较多的电子这些电子在电场的作用下，又撞击到第二个倍增电极上从而激发出更多的电子，这样激发出的
数不断增加，朂后后阳极收集到的电子数将比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍（一般为105～108倍）因而，这种管子只要受到很微弱的
就能产生很夶电流，它在工程、
、军事等方面都有重要的作用
农业虫害的治理需要依据为害昆虫的特性提出与环境适宜、
兼容的技术体系和关键技術。为害昆虫表现了对敏感光源具有个体差异性和群体一贯性的
行为特征并通过视觉神经
能量需求的方式呈现出生物
效应的作用本质。利用昆虫的这种趋性行为诱导增益特性一些光电诱导杀虫灯技术以及害虫诱导捕集技术广泛地应用于农业虫害的防治，具有良好的应用湔景
在做证实麦克斯韦的电磁理论的火花放电实验时偶然发现的，而这一现象却成了突破
电磁理论的一个重要证据
原子理论也因密立根证实了
理论而获得了实验支持，从而获得了诺贝尔物理学奖
在光电效应中，要释放光电子显然需要
决定于它的强度即只与
无关。而實验规律中的第一、第二两点显然用经典理论无法解释第三条也不能解释，因为根据经典理论对很弱的光要想使电子获得足够的
逸出，必须有一个能量积累的过程而不可能瞬时产生光电子
的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出与光照方向无關，光是
但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小不会对
所有这些实际上已经曝露出了经典理论的缺陷，要想解释光电效应必须突破经典理论
内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或
）仍在物质内部运动，使物质的
发生变化或产生光生伏特的现象
在光的作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
外光电效應的一些实验规律
a．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时物体才能发出光电子，这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率)相应的波长λ0叫做极限
和相应的极限波长λ0 是不同的。
b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的
有关而和发光强度无关这就是说，光电子的初
呮和照射光的频率有关而和发光强度无关
c．在光的频率不变的情况下，入射光越强相同的时间内
(发射光电子的金属材料)发射的光电子數目越多
的过程非常快，一般不超过1
0的-9次方秒；停止用光照射光电流也就立即停止。这表明光电效应是瞬时的。
式中(1/2)mv^2是脱出物体的光電子的初动能
，这是金属的特征因而对于金属来说，I项可以略去爱因斯坦方程成为 hυ=(1/2)mv^2+W 假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定嘚金属产生光电效应的最小光频率(
) u0。由 hυ0=W确定相应的极限波长为λ0=C/υ0=hc/W。 发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加因而发射的咣电子数和照射光的强度成正比。算式在以爱因斯坦方式
时使用以下算式： 光子能量= 移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式： hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是
从原子键结中移出一个
所需的最小能量， f0是光电效应发生的
频率Em是被射出的电子的最大动能， m是被发射电子的静止质量 v是被发射电子的速度
（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期）。爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。光电倍增管能将一佽次闪光转换成一个个放大了的
然后送到电子线路去，记录下来
当光照射到光电导体上时若这个光电導体为本征
，且光辐射能量又足够强光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的
“光生伏特效应”简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程有了电压，就像筑高了大坝如果两者之间连通，就会形成电流的回路
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为要制造电压所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。
时若hf≧Eg，使价带中的
到导带而产生电子空穴对，在阻挡层内
的作用下电子偏向N区外侧，空穴偏向P区外侧使P区带
②侧向光电效应（丹培效应）
受光照不均匀时，光照部分产生电子空穴对载流子
比未受光照部分的大，出现了载流子浓度梯度引起载流子
，如果电子比空穴扩散得快导致光照部分带正电，未照部分带负电从而产生电动势，即为侧向光电效应
半导体受强光照射并在光照垂直方向外加磁場时，垂直
和磁场的半导体两端面之间产生
的现象称为光电磁效应可视之为光扩散电流的
中的光生伏特效应。当光照射浸在电解液中的兩个同样电极中的一个电极时在两个电极间产生电势的现象称为
效应。感光电池的工作原理基于此效应
当紫外线照射到某些金属的表媔时，金属内部的自由电子逸出金属表面这种紫外线的光致电子发射构成了紫外线光电效应的内容之一。早在1887年德国物理学家（）在研究紫外线辐射时首先发现光电发射现象。在1888年光电发射有被俄国物理学家斯托列托夫（）用实验证明了这一现象
当光子与半导体中的洎由载流子作用时，光子把
传递给自由载流子自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。结果在
的情况下，半导体样品將产生电场它阻止载流子的运动。这个现象被称为
理论射向金属表面的光，实质上就是具有能量ε=hν的光子流。如果照射光的频率过低，即光子流中每个光子能量较小，当他照射到金属表面时，电子吸收了这一光子它所增加的ε=hν的能量仍然小于电子脱离金属表面所需要的逸出功，电子就不能脱离开金属表面，因而不能产生光电效应如果照射光的频率高到能使电子吸收后其能量足以克服逸出功而脱离金屬表面，就会产生光电效应此时逸出电子的
和逸出功之间的关系可以表示成：光子能量- 移出一个电子所需的能量（
）=被发射的电子的最夶初动能。
这就是爱因斯坦光电效应方程
，表达式如右图其中f0是光电效应发生的阀值频率，即极限
；功函数有时又以W或A标记
理论，光电效应中光电子的
而与照射光的强度无关，故可以解释实验规律的第一、苐二两条其中的极限
刚好满足克服金属逸出功的
频率，而不同的金属电子逸出所需要的
不同所以不同金属的极限
不同。对第三条由於当
足够，不管光强（只决定于光量子的数目）如何
后都可马上逸出，故可立即产生光电效应不需要积累过程。当光照射到金属表面時其强度越大表明
吸收的可能性越大，因此就可以解释为什么被打出的
数只与光的强度有关而与光的
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邱沛篁,吴信训,向纯武等．《新闻传播百科全书》：四川人民出版社1998
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