Главная страница
Навигация по странице:

  • 7)Что такое лазер Что такое мазер Ла́зер

  • m

  • 8) Вынужденное излучение Вынужденное испускание Вынужденное излучение

  • 10) Что называется длиной волны Что называется фотопроводимостью Расстояние между соседними волновыми фронтами называется длиной волны λ.Длина волны

  • T=1/f период, продолжительность полного колебания частицы, Секунда λ

  • Собственная и примесная фотопроводимости

  • 11•Чему равен характерный размер длины волны рентгеновского спектра

  • 12•

  • Ультрафиолетовое излучение

  • 13•В каком диапазоне частот находится видимый свет Какому цвету соответствует наибольшая длина волны

  • 14•Свет какого цвета обладает наименьшим показателем преломления при переходе из воздуха в стекло Показатель преломления кремния, арсенида галлия, двуокись кремния.

  • 15•Какое явление лежит в основе просветления оптики

  • Ответы оптоэлектроника. 1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника


    Скачать 1.97 Mb.
    Название1 блок Что такое оптоэлектроника Оптоэлектроника
    АнкорОтветы оптоэлектроника.docx
    Дата16.03.2019
    Размер1.97 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаОтветы оптоэлектроника.docx
    ТипДокументы
    #28241
    страница3 из 11
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    6) Что такое квантовый усилитель? Что такое квантовый генератор?

    Квантовый усилитель, устройство для усиления электромагнитных волн за счёт вынужденного излучения возбуждённых атомов, молекул или ионов. Эффект усиления в Квантовый усилитель связан с изменением энергии внутриатомных (связанных) электронов, движение которых описывается квантовой механикой. Поэтому, в отличие, например, от ламповых усилителей, в которых используются потоки свободных электронов, движение которых хорошо описывается классической механикой, эти усилители получили название квантовых (см.Квантовая электроника).

      Т. к. кроме вынужденных квантовых переходов возбуждённых атомов в состояние с меньшей энергией возможны их самопроизвольные (спонтанные) переходы, в результате которых излучаются волны, имеющие случайные амплитуду, фазу и поляризацию, то они добавляются к усиливаемой волне в виде шумов. Спонтанное излучение является единственным, принципиально неустранимым источником шумов Квантовый усилительМощность спонтанного излучения очень мала в радиодиапазоне и резко растет при переходе к оптическому диапазону. В связи с этим Квантовый усилитель радиодиапазона (мазеры) отличаются исключительно низким уровнем собственных шумов [в них отсутствуют шумы, связанные с неравномерностью электронного потока, неизбежные в радиолампах (см. Дробовой шум); кроме того, Квантовый усилительрадиодиапазона работают при температурах, близких к абсолютному нулю, и шумы, связанные с тепловым движением электронов в цепях усилителя, очень малы]. Благодаря чрезвычайно низкому уровню шумов чувствительность Квантовый усилитель, т. е. способность усиливать очень слабые сигналы, велика. Квантовый усилитель применяются в качестве входных ступеней в самых высокочувствительных радиоприёмных устройствах в диапазоне длин волн от 4 мм до 50 см. Квантовый усилитель радиодиапазона значительно увеличили дальность действия космических линий связи с межпланетными станциями, планетных радиолокаторов и радиотелескопов.


    Квантовый генератор – источник когерентного излучения, основанный на использо-

    вании явления вынужденного излучения.

    Генераторы и усилители электромагнитных волн, основанные на явлении вынужденного (индуцированного) излучения. Принцип действия квантового генератора СВЧ-диапазона, названного мазером (аббревиатура от английских слов Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, означающих "микроволновое усиление за счет вынужденного излучения"),. Поскольку частота излучения на выходе квантового генератора определяется строго фиксированными, дискретными энергетическими уровнями атомов или молекул активной среды, используемой в таком генераторе, она имеет точно определенное и постоянное значение

    7)Что такое лазер? Что такое мазер?
    Ла́зер (англ. laserакроним от lightamplification bystimulatedemission ofradiation «усиление света посредствомвынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергиюнакачки (световуюэлектрическуютепловуюхимическую и др.) в энергию когерентногомонохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров нанеодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях наукии техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в областиуправляемого термоядерного синтеза.

    Ма́зер (англ. maser) — квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона (микроволны). Его название — сокращение фразы «Усиление микроволн с помощью вынужденного излучения» (microwaveamplification by stimulated emission of radiation)  Мазеры используются в технике (в частности, в космической связи), в физических исследованиях, а также как квантовые генераторы стандартной частоты.
    8) Вынужденное излучение? Вынужденное испускание?

    Вынужденное излучение — индуцированное излучение или испускание электромагнитных волн квантовыми системами (атомамолекулыядра и т. д.) под действием падающего на них излучения. При этом выполняется важное условие — лучи испускаемые сохраняют все характеристики лучей, вызывающих их излучение.

    Например, фотоны испускаемые при вынужденном излучении, совпадают по частоте, направлению распространения и поляризации с фотонами, вынуждающими их испускание. (В квантовых системах (атомамолекулыядра и т. д. при взаимодействии с возбудителем спокойствия получаем, что с нижелажащего на вышележащеий энергетический уровень при взаимодействии с фотоном, энергия которого равна разности энергий уровней, испускается фотон с такими же энергией, импульсом, фазой и поляризацией, что и первоначальный фотон (который не поглощается). Оба фотона когерентны.) [1]

    А. Эйнштейн в теории о вынужденном излучении (испускании) внес неоценимый вклад. Его гипотеза состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты ω молекула (атом) может:

    • перейти с более низкого энергетического уровня  E1 на более высокий  E2 с поглощением фотона энергией ℏω=E2−E1 (см. рис. 1);

    • перейти с более высокого энергетического уровня  E2 на более низкий  E1 с испусканием фотона энергией ℏω=E2−E1 (см. рис. 2);

    • также, как и в отсутствие возбуждающего поля, не исключается самопроизвольный переход молекулы (атома) с верхнего на нижний энергетический уровень с испусканием фотона энергией ℏω=E2−E1(см. рис.3).

    Откуда принято:

    • первый процесс называть поглощением;

    • второй — вынужденным (индуцированным) испусканием;

    • третий — спонтанным испусканием.







    9) Что такое когерентность, почему электромагнитная волна называется когерентной?

    Когерентность – явление коррелированного (согласованного) протекания во времени и в пространстве колебательных или волновых процессов. Когерентное излучение имеет упорядоченные амплитуду, частоту, фазу, поляризацию и направление распространения. Идеальная монохроматическая электромагнитная волна (МЭВ) понимается как бесконечная в пространстве и времени волна, имеющая постоянную циклическую частоту ω. Такой волне соответствует уравнение



    где E — напряженность электрической компоненты поля волны в точке с координатой х; 0 E0— амплитуда вектора напряженности; t — время работы излучателя волны; k — модуль волнового вектора, k = 2π/λ; λ — длина волны.

    Вид функции f определяется режимом работы излучателя МЭВ.

    Современная оптоэлектроника использует в качестве источников излучения полупроводниковые, твердотельные и газовые оптические квантовые генераторы (ОКГ). Излучателями света в ОКГ являются либо возбужденные валентные электроны атомов (газовые ОКГ), либо электроны проводимости (полупроводниковые ОКГ). В первом случае переход валентного электрона из возбужденного состояния в невозбужденное сопровождается излучением

    фотона с энергией



    где h — постоянная Планка; ν — частота соответствующей фотону волны. Во втором случае излучение фотона происходит в процессе рекомбинации электрона проводимости с дыркой, расположенной в валентной зоне. В обоих случаях время перехода электрона из возбужденного состояния в невозбужденное конечно и составляет величину τп ≈ 10–8 с. Время излучения фотона в процессе указанного перехода много меньше, чем _п, и составляет величину τф = 10–15 с, для λ = 1,5 мкм. Условное соотношение τп и τф показано на рис. 2.8. За время τп излучается множество фотонов Nф, число которых

    определяется количеством возбужденных электронов в газе или твердом теле. Всегда найдутся фотоны, имеющие одинаковую частоту ν, с которой изменяется их поле (t). Последовательность таких фотонов образует волновой цуг, показанный на рис. 2.9. Нетрудно видеть на рис. 2.9, что время самовоспроизведения фотона τф одного порядка с периодом T возникшей электромагнитной волны.



    Любой ОКГ за время τк (в соответствии с рис. 2.9) излучает не

    единственный цуг, а множество цугов с незначительно отличающимися частотами. Накладываясь друг на друга во времени и пространстве, цуги образуют волновой пакет. Внутри волнового пакета цуги интерферируют. В результате интерференции возникают биения векторов Е как результат сложения колебаний с близкими частотами. Заметим, что волновой цуг распространяется с фазовой скоростью



    где n — абсолютный показатель преломления в среде распространения волны; c — скорость света в вакууме.

    Волновой пакет распространяется с групповой скоростью



    где dVф/dk — дисперсия фазовой скорости.

    Реальное оптическое излучение, генерируемое ОКГ, представляет собой поток волновых пакетов, отличающийся от идеальной МЭВ, определенной выше. Введем понятие когерентности оптического излучения как меры приближения реального излучения к идеальной МЭВ. Различают временную и пространственную когерентность. Основной характеристикой временной когерентности является время когерентности τк — это промежуток времени, в течение которого закон изменения фазы электромагнитной волны остается постоянным (в соответствии с рис. 2.9).

    Согласно рис. 2.9



    где Nф — число фотонов, входящих в волновой цуг. К характеристикам пространственной когерентности относятся: длина когерентности lк, «радиус» когерентности ρк и объем когерентности Vк.

    Длиной когерентности lк называется расстояние, которое проходит волна за время когерентности τк. По определению


    «Радиусом» когерентности к называется диаметр круга, в

    пределах которого разброс направлений волнового вектора электромагнитной волны не превышает π радиан.

    10) Что называется длиной волны? Что называется фотопроводимостью?

    Расстояние между соседними волновыми фронтами называется длиной волны λ.

    Длина волны есть расстояние между частицами, колеблющимися с одинаковой фазой. Длина волны не зависит от координат и времени.



    Длина волны

    Если

    с

    фазовая скорость, или скорость распространения волны,

    метр/секунда

    f

    частота, с которой колеблется каждая частица в волне,

    Герц

    T=1/f

    период, продолжительность полного колебания частицы,

    Секунда

    λ

    длина волны, расстояние между частицами, колеблющимися с одинаковой фазой,

    Метр

    то в соответствии с формулой равномерного поступательного движения

    Формула 1 справедлива для всех волн, в том числе и электромагнитных.

    ФОТОПРОВОДИМОСТЬ (фоторезистивный эффект) - изменение электропроводности среды, обусловленное действием электромагнитного излучения. Ярко выражена в полупроводниках и диэлектриках. Фотопроводимость. возникает из-за изменения либо концентрации носителей заряда (концентрационная фотопроводимость.), либо их подвижности под действием излучения (см. Подвижность носителей заряда). В зависимости от механизма поглощения излучения различают Фотопроводимость собственную, примесную и внутризонную.

    Собственная и примесная фотопроводимости. В основе собств. и примесной Ф. лежит внутр. фотоэффект, т. е. либо оптическая генерация пар электрон - дырка (при собственной Ф.), либо фотоотрыв носителя заряда от заряженного примесного центра (при примесной фотопроводимости). Генерируемые при внутреннем фотоэффекте свободные носители заряда наз. фотоносителями. Изменение удельной электропроводности однородного полупроводника под действием излучения равно



    где Δn, Δp - изменения концентраций электронов проводимости (п) и дырок (p), μn, μp -их подвижности. Величины Δn, Δp определяются квантовым выходом Y внутреннего фотоэффекта, т. е. числом генерируемых электронно-дырочных пар (при собственной фотопроводимости) или числом генерируемых носителей (при примесной фотопроводимости) в расчёте на один поглощённый фотон, а также временем жизни фотоносителей (до их рекомбинации или захвата примесными центрами). Если фотопроводимость (собственная) определяется подвижными фотоносителями обоих знаков, её называют биполярной. В тех случаях, когда хотя и генерируются фотоносители обоих знаков, но фотоносители одного типа имеют ничтожные подвижность и время жизни, а также при примесной фотопроводимости, когда генерируются фотоносители только одного знака, фотопроводимость называется монополярной.

    Так как импульс фотона, как правило, пренебрежимо мал по сравнению с импульсом электрона, требование одновременного выполнения законов сохранения энергии и импульса приводит к тому, что переходы электронов с участием только одного фотона оказываются возможными лишь между состояниями, в которых импульс электрона практически один и тот же ("прямые", или "вертикальные", переходы). Однако этот запрет может нарушаться за счёт взаимодействия электронов или дырок с фононами. Последнее приводит к "непрямым" переходам с изменением как энергии, так и импульса электрона и испусканием или поглощением фонона. Исследования зависимости фотопроводимости от энергии фотонов hν позволяют по их минимальной энергии, ещё вызывающей фотопроводимость, определять энергетические щели между уровнями или зонами.

    11•Чему равен характерный размер длины волны рентгеновского спектра?

    Рентгеновское излучение  электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−2 до 102 Å (от 10−12 до 10−8 м). Энергетические диапазоны рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются в широкой области энергий. Оба типа излучения являются электромагнитным излучением и при одинаковой энергии фотонов - эквивалентны. Терминологическое различие лежит в способе возникновения - рентгеновские лучи испускаются при участии электронов (либо связанных в атомах, либо свободных), в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбуждения атомных ядер. Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3·1016 до 6·1019 Гц и длиной волны 0,005 - 10 нм (общепризнанного определения нижней границы диапазона рентгеновских лучей в шкале длин волн не существует). Мягкое рентгеновское излучение характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткое рентгеновское излучение обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны). Жёсткое рентгеновское излучение используется преимущественно в промышленных целях. Можно написать пример применения, например медицина - рентгеновский снимок.

    12• Какое излучение приводит к запаху озона, образованию сильных ожогов и ослеплению?

    Ультрафиолетовое излучение приводит к запаху озона при горении кварцевых ламп в физиотерапевтическом кабинете, образованию сильных ожогов при продолжительном нахождении под солнцем, также к ослеплению, например если смотреть долго на электрическую дугу без специальных темных очков.

    Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) — электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400нм (7,5·1014—3·1016 Гц). Термин происходит от лат. ultra — сверх, за пределами и фиолетовый. В разговорной речи может использоваться также наименование «ультрафиолет». После того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета. В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету. Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также актиническим излучением. Идеи о единстве трёх различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Александра Беккереля, Мачедонио Меллони и др.

    Действие на кожу

    Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам. Ультрафиолетовое излучение может приводить к образованию мутаций (ультрафиолетовый мутагенез). Образование мутаций, в свою очередь, может вызывать рак кожи, меланому кожи и преждевременное старение.

    Ультрафиолет коротковолнового диапазона (100—280 нм) может проникать до сетчатки глаза. Так как ультрафиолетовое коротковолновое излучение обычно сопровождается ультрафиолетовым излучением других диапазонов, то при интенсивном воздействии на глаза гораздо ранее возникнет ожог роговицы (электроофтальмия), что исключит воздействие ультрафиолета на сетчатку по вышеуказанным причинам. В клинической офтальмологической практике основным видом поражения глаз ультрафиолетом является ожог роговицы (электроофтальмия).
    13•В каком диапазоне частот находится видимый свет? Какому цвету соответствует наибольшая длина волны?

    Видимое излучение  электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555нм, в зелёной части спектра. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380 - 400 нм (750 - 790 ТГц), а в качестве длинноволновой 760 -780 нм (385 - 395 ТГц). Диапазон длин волн видимого свет равен 380 - 780 нм. В частотном диапазоне, видимый свет занимает следующий диапазон частот (385 – 790 ТГц). Самая длинная волна видимого света принадлежит красному цвету 625 - 740 нм (385 - 480 ТГц). Следующим принято называть оранжевый цвет, диапазон длин волн которого равен 590 - 625 нм (480 – 510 ТГц). Далее, будут указаны цвета, с уменьшением длин волн и увеличением частоты. Желтый цвет 565 - 590 нм (510 – 530 ТГц). Зеленый 500 - 565 нм (530 – 600 ТГц). Голубой 485 - 500 нм (600 – 620 ТГц). Синий 440 - 485 нм (620 – 680 ТГц). Фиолетовый 380 - 440 нм (680 – 790 ТГц).

    КАЖДЫЙ ОХОТНИК ЖЕЛАЕТ ЗНАТЬ ГДЕ СИДИТ ФАЗАН.

    14•Свет какого цвета обладает наименьшим показателем преломления при переходе из воздуха в стекло? Показатель преломления кремния, арсенида галлия, двуокись кремния.

    Показатель преломления стекла, из которого сделана призма, зависит от длины волны света и уменьшается с ростом длины волны от 380 нм до 780 нм, поэтому призма по-разному отклоняет свет разных длин волн.

    По закону преломления Снеллиуса синус угла преломления равен синусу угла падения, деленному на показатель преломления. И чем больше показатель преломления, тем меньше угол преломления, таким образом, больше всего отклоняются фиолетовые лучи, меньше всего – красные.  Если   n= и   νкф,   следовательно,   nф > nк. Именно поэтому призма разлагает свет. Скорость распространения фиолетового цвета быстрее, чем красного, именно поэтому наименьший показатель преломления при переходе из воздуха в стекло наблюдается у красного цвета.

    Абсолютный показатель преломления (АПП) является одной из важнейших характеристик среды распространения электромагнитной волны и может быть представлен в виде



    где λ0— длина волны в вакууме; λ — длина волны в диэлектрике; ε— относительные диэлектрическая и μ - магнитная проницаемость диэлектрика. Существенной особенностью АПП является его зависимость от длины волны. Для беспримесной двуокиси кремния (SiO2) используемой для изготовления стекловолокон, указанная зависимость имеет вид, показанный на рис. справа.

    Показатель преломления для кремния равен 3,44

    Показатель преломления для арсенида галлия = 3,62

    15•Какое явление лежит в основе просветления оптики?

    Явление интерференции лежит в основе просветления оптики.

    Просветление оптики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы.

    Показатель преломления таких плёнок меньше показателя преломления стёкол линз (не всегда).

    Просветляющие плёнки уменьшают отражение падающего света от поверхности оптического элемента, соответственно улучшая светопропускание системы и контраст оптического изображения. Просветлённый объектив требует бережного обращения, так как плёнки, нанесенные на поверхность линз, легко повредить. Кроме того, тончайшие плёнки загрязнений (жир, масло) на поверхности просветляющего покрытия нарушают его работу и резко увеличивают отражение света от загрязненной поверхности. Следует помнить, что следы пальцев со временем разрушают просветляющее покрытие.

    По методике нанесения и составу просветляющего покрытия просветление бывает физическим (напыление в вакууме) и химическим (травление). Травление применяли на заре эпохи просветления.

    Показатель преломления n и толщина пленки h подбираются так, чтобы суммарная интенсивность светового потока, отраженного от поверхности пленки и стекла вследствие интерференции света, была равна нулю.

    При просветлении оптики применяются многослойные пленки, рассчитанные на то, чтобы уничтожить отражение большей части света и впустить в оптическую систему лучи, к которым человеческий глаз особенно чувствителен. Вне этого условия остается, главным образом, фиолетовая часть спектра, почему входные линзы просветленных оптических приборов в отраженном свете и кажутся фиолетовыми.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    написать администратору сайта