Список условных обозначений, сокращений и терминов

Апертура у г л о в а я – угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, направленного своей вершиной в оптический прибор (фотоприёмник, входной торец оптического кабеля и др.). Ч и с л о в а я апертура – произведение показателя преломления среды, отделяющей источник излучения от оптического прибора, на синус апертурного угла.

АЧ - атомная частица – частица микромира: молекула, атом, ион, электрон и др.

Волна – процесс распространения колебаний, в данном случае – колебаний векторов электрической и магнитной напряженностей. Действие электрической составляющей света на окружающую среду является определяющим, поэтому магнитной составляющей света пренебрегают, и вектор электрической напряжённости часто называют световым вектором. Световая волна является поперечной, поскольку направление её распространения перпендикулярно плоскости, в которой колеблется световой вектор. Основными характеристиками волнового процесса являются: длина волны, скорость её распространения, амплитуда колебаний и поляризация.

Волновая поверхность – геометрическое место точек пространства, в которых колебания совершаются в одной фазе. Если расстояние от источника колебаний (источника света) до приёмника излучения на порядки больше размеров источника, то такой источник называется точечным. Волновые поверхности точечного источника представляют собой сферы, поэтому такая волна называется сферической. В противном случае волновые поверхности представляют собой параллельные плоскости, и такую волну называют плоской. Плоские волны являются более простыми, чем сферические. Количество волновых поверхностей бесконечно велико.

Волновое число – величина, обозначаемая как k, Волновой вектор – вектор k= k n, равный по модулю волновому числу и имеющий направление нормали (n – единичный вектор нормали) к волновой поверхности.

Время жизни на уровне (энергии) – среднее время пребыванияатомнойчастицы в состоянии с определённой энергией.

Время когерентности – наибольший временной интервал, в течение которого сохраняется постоянство (или закономерная связь) параметров колебаний (амплитуды, частоты, фазы). Чем оно больше, тем ближе колебание к гармоническому.

Вырожденные состояния – состояния АЧ, описываемые различными волновыми функциями (различными квантовыми числами), но имеющие одинаковую энергию. Число состояний с одинаковой энергией называют кратностью вырождения.

Голограмма – зарегистрированная фотопластинкой интерференционная картина, образованная когерентным излучением источника (опорный пучок) и излучением, рассеянным предметом, освещённым тем же источником. Голограмма содержит информацию об объемном изображении предмета и позволяет создать его пространственный образ.

Голограммы Фурье – голограммы плоского объекта, записываемые с помощью опорного источника, расположенного в плоскости объекта, параллельной плоскости голограммы.

Голография –метод получения объёмных изображений предметов, основанный на явлении интерференции света.

Дисперсия – совокупность явлений, обусловленных зависимостью показателя преломления вещества от длины волны излучения. Среды, обладающие дисперсией, называют диспергирующими.

Дифракция света – нарушение законовгеометрической оптики, наблюдающееся в местах резкой неоднородности среды. Она приводит к отклонению распространения света от прямолинейного вблизи краёв непрозрачных тел, к «огибанию» препятствий световыми лучами.

Добротность резонатора – величина, обратная относительной ширине спектра.

Излучение электромагнитное – направленная (см. луч)и энергонесущая субстанция материального (электромагнитного) характера, перемещающаяся в пространстве со скоростью, которая в условиях вакуума составляет величину примерно 3·10⁸м·с^-1 (скорость света).

Инверсия – нарушение обычного (нормального) порядка, возникновение прямо противоположной ситуации относительно той, которая обычно имеет место.

Инверсия населённостей - соотношение между населённостями энергетических уровней атомных частиц вещества, при котором число частиц на верхнем из данной пары уровней энергии больше, чем на нижнем (в состоянии термодинамического равновесия всё наоборот). В среде с инвертированной населённостью процессы излучения преобладают над процессами поглощения.

Индуцированное излучение – см. стимулированное излучение.

Интенсивность света – модуль среднего по времени значения плотности потока энергии, переносимого световой волной, т.е. это удельная – на единицу площади поперечного сечения - мощность излучения, измеряемая в Вт / м².

Интерференция света – явление, заключающееся в том, что при наложении двух или более световых волн с одинаковой частотой и поляризацией в различных точках пространства происходит усиление или ослабление результирующей амплитуды световых колебаний в зависимости от соотношения между фазами колебаний световых волн в этих точках.

Ионизация – процесс потери атомом некоторого количества валентных электронов или, напротив, присоединение к нему «лишних» электронов, в результате чего нейтральный атом становится заряженной частицей – положительной в первом случае и отрицательной во втором. Процесс ионизации может произойти вследствие химических процессов, воздействия электромагнитным излучением, радиацией, в условиях высоких температур, при бомбардировке быстрыми атомными частицами.

КВД – корпускулярно-волновой дуализм.

Красная граница – граничное значение длины волны излучения – λ₀, при которой ещё возможен фотоэффект; при большей, чем λ₀ – длине волны энергия фотонов меньше работы выхода и эмиссия электронов невозможна.

Кратность вырождения – см. вырожденные состояния.

Когерентность - согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Когерентными могут быть лишь волны, имеющие одинаковую частоту (монохроматические волны) и постоянную разность фаз. Таким волнам свойственна интерференция.

Когерентность пространственная - понятие, характеризующее постоянство или изменение по определенному закону основных параметров волны (амплитуды, частоты, фазы, поляризации) в пространстве. Пространственная когерентность нарушается там, где исчезает закономерная связь параметров волны и вместе с ней интерференционная картина.

Когерентность временная - понятие, характеризующее постоянство или изменение по определенному закону основных параметров волны (амплитуды, частоты, фазы, поляризации) во времени. Степень временной когерентности оценивается временем когерентности t_ког, которое определяется как интервал времени, за который случайное изменение фазы волны α(t)=(ωt+φ) достигнет значения порядка π.

Лазер (LASER) – источник когерентного излучения. Название устройства представляет собой англоязычную аббревиатуру, т.е. составлено из первых букв английских слов, которые переводятся как «усиление света с помощью стимулированного излучения».

Легирование -введение в основное вещество некоторого количества другого вещества с целью придания ему необходимых свойств. Например, легирование химически чистого кремния позволяет изменять тип его проводимости.

Луч – это линия, вдоль которой распространяется энергия ЭМИ. Термин используется в геометрической оптике, в которой отвлекаются от волновой природы света, полагая λ→0.

Метастабильный уровень. После накачки АЧ пребывают в возбужденном состоянии короткое время - 10^-7 – 10^-8с, после чего, отдав часть своей энергии решетке, «опускаются» на нижележащий так называемый метастабильный уровень. Переход с него в основное состояние запрещён правилами отбора, что на три-четыре порядка удлиняет время нахождения на нём АЧ по сравнению с вышеуказанным временем. Поэтому на метастабильном уровне происходит накопление возбуждённых АЧ, что позволяет получить среду с инвертированной населённостью.

Мода (или нормальная мода)– простейший тип колебаний гармонического характера, характеризующий собственную частоту колеблющейся системы (осциллятора) и её пространственную конфигурацию; в некоторой степени соотносится со словом «гармоника».

Модуляция добротности – метод получения одиночных коротких лазерных импульсов большой мощности, при котором добротность резонатора лазера быстро увеличивается до значительных величин.

Монохроматичность (гр.monos один + chromatikos цветность, дословно – одноцветность) – степень приближения колебаний к идеальным колебаниям с одной спектральной линией, т.е. имеющим одну частоту и одну длину волны, что практически недостижимо. На практике излучение любого источника занимает некоторую полосу длин волн или частот - или . Название связано с тем обстоятельством, что человеческий глаз воспринимает электромагнитное излучение различных длин волн как излучение различных цветовых оттенков. В частности, монохроматическое излучение с длиной волны 0,555мкм вызывает ощущение зеленого цвета, а с длиной волны 0,630мкм – красного. Степень монохроматичности оценивается относительной шириной спектра.

Накачка – процесс сообщения энергии атомным частицам, находящимся в состоянии термодинамического равновесия (а значит способным только поглощать излучение), с целью создания инверсии населённостей и получения, как следствие, эффекта усиления и генерации излучения. Накачку можно осуществить широкополосным электромагнитным излучением (естественным светом), химической реакцией, электронной или ионной бомбардировкой и др.

Населённость уровня – количество атомных частиц, находящихся на данном уровне энергии.

ОГН – оптически генерированные носители.

Оптический резонатор – устройство, выделяющее в пространство направленный пучок фотонов и формирующий выходящее излучение оптического диапазона. В простейшем случае это система из двух параллельных плоских или вогнутых зеркал, обращённых друг к другу, причём одно из зеркал делается полупрозрачным для вывода излучения наружу.

Осциллятор от лат. осциллум – качание, колебание – какой-либо физический объект макро- или микромира различной физической природы, находящийся в колебательном движении, совершаемом относительно некоторого среднего положения или состояния по гармоническому закону , где - изменение во времени некоторой физической величины, характеризующей осциллятор, a – её максимальное значение. Выражение в скобках называют фазой колебаний, - циклическая частота колебаний, рад / c, а - их (колебаний) начальная фаза, т.е. фаза колебаний в момент времени t=0. Циклическая частота , где - просто частота колебаний, Гц, 1Гц = 1с^-1. Примерами осцилляторов являются: физический маятник, электрический колебательный контур, атом твёрдого тела и др. В случае с маятником - это отклонение от положения равновесия, с атомом – его отклонение от узла кристаллической решётки, с колебательным контуром – отклонение заряда конденсатора от среднего (нулевого) значения.

Относительная ширина спектра – величина, используемая для оценки степени монохроматичности, обозначаемая как М: , где - центральная длина волны или частота спектра излучения соответственно, , – ширина линии. Например, относительная ширина спектра излучения газовых лазеров составляет 10^-10.

Относительный показатель преломления – отношение показателей преломления двух сред: .

Параметр - «физико-техническая величина, характеризующая какое-либо устройство, принимаемая как основной показатель этого устройства». Другими словами параметр – это количественная характеристика – безразмерная или имеющая размерность. Например, параметрами фоторезистора являются его световое и темновое сопротивления, область спектральной чувствительности и др.

Плотность излучения - удельная на единицу объёма энергия электромагнитного излучения, Дж (м³).

Показатель преломления – отношение скорости световой волны в вакууме к фазовой скорости её в некоторой среде называется абсолютным показателем преломления этой среды – «n». Таким образом, n=c / v. В то же время , но так как для прозрачных веществ (диэлектриков) µ ≈1, то n ≈ . Показатель преломления характеризует оптическую плотность среды тем большую, чем больше «n».

Поляризатор – вещество, пропускающее колебания светового вектора только определённого направления и полностью задерживающее колебания других направлений, поэтому интенсивность света, прошедшего через поляризатор, уменьшается. Примером поляризатора естественного происхождения является минерал турмалин, имеющий кристаллическую структуру.

Поляризация света – достижение упорядоченности колебаний светового вектора каким-либо образом (например, с помощью поляризатора). Такой «упорядоченный» свет называют поляризованным, в отличие от естественного (солнечного) света, у которого колебания светового вектора происходят беспорядочно, во всех направлениях (у поляризованного света – в одном направлении либо направление колебаний меняется по определённому известному закону).

Правила отбора – условия, накладываемые на изменение квантовых чисел при переходе системы из одного состояния в другое, например, при спонтанном излучении суммарные энергия и импульс электрона и дырки должны равняться энергии и импульсу фотона.

Резонансное поглощение – поглощение кванта света с длиной волны λ атомом, имеющим такие разрешенные уровни энергии Е₂>Е₁, что (Е₂-Е₁) / h= ν =сλ^-1. При поглощении атомом света с указанной длиной волны электрон переходит с уровня Е₁ на уровень Е₂, т.е. происходит его возбуждение.

Релаксация – процесс перехода возбуждённой системы к состоянию термодинамического равновесия.

Релятивистский – подчиняющийся теории относительности Эйнштейна.

СНГ – соотношение неопределенностей Гейзенберга.

Спектральная плотность излучения – удельная на единицу объёма и на единичный интервал частоты (1Гц) энергия электромагнитного излучения, Дж (м³·Гц).

Спектр – совокупность гармонических колебаний или волн (гармоник), входящих в состав излучения какого-либо источника. Спектр может быть визуализирован, т.е. представлен в виде, удобном для восприятия человеческим зрением, путём пропускания излучения через призму или дифракционную решетку. В результате на экране появляется то или иное количество вертикальных линий разного цвета. Каждая линия со своим цветом соответствует своей гармонике, цвет линии зависит от частоты колебаний, а яркость линии указывает на её (гармоники) интенсивность. В зависимости от количества в излучении гармоник спектр может быть линейчатым (малое количество линий-гармоник) или сплошным, когда между линиями нет «зазоров» и имеет место непрерывный переход от одного цвета к другому.

Спонтанное излучение – электромагнитное излучение, вызванное спонтанными (самопроизвольными, имеющими случайный характер) переходами АЧ из состояния с высокой энергией в состояние с более низкими уровнями энергии. Спонтанное излучение некогерентно, его источником, например, является осветительная лампа накаливания. Атомы её нити накаливания «вспыхивают» в разное время и на разных частотах перехода.

Стимулированное излучение (вынужденное, индуцированное) – излучение АЧ предварительно «накаченной» активной среды под действием внешнего стимулирующего (вынуждающего) электромагнитного излучения. Важной особенностью этого излучения является то, что его фотоны имеют ту же частоту, фазу, поляризацию и направление распространения, что и «вынуждающие» фотоны, т.е. происходит усиление света, поскольку падающие фотоны не поглощаются. С помощью оптического резонатора производится «отбор» одинаковых по параметрам фотонов, благодаря чему излучение становится когерентным, имея высокую плотность, монохроматичность и малый угол расхождения.

Суперпозиция – наложение, совместное действие, сочетание.

Термодинамическое равновесие – состояние с минимальной энергией, в которое неизбежно приходит любая физическая система при неизменных внешних условиях. Состояние термодинамического равновесия АЧ называют основным.

Угол Брюстера – угол падения света на границу раздела двух сред, при котором отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны, т.е. в отражённом свете остаётся только волна, поляризованная перпендикулярно плоскости падения (колебания перпендикулярны плоскости падения).

Фазовая скорость – скорость v перемещения фазы, которая является скоростью перемещения волны в том смысле, что определяется как dx / d t, где х – координата, в которой фаза имеет фиксированное значение, а t – время, за которое происходит перемещение волны. v= ω / k, где k – волновое число.

Флуктуация - отклонение от среднего значения какой-либо физической величины, имеющее случайный характер.

Фотон – квант (наименьшая порция) электромагнитного излучения данной частоты, нематериальная квазичастица, обладающая энергией Е_ф=hν.

Фронт волны – геометрическое место точек пространства, которых достиг процесс колебаний в момент t. Другими словами – это «крайняя», наиболее удалённая от источника излучения волновая поверхность, она отделяет часть пространства, вовлечённую в волновой процесс, от той его части, в которой колебания ещё не возникли. Волновые поверхности, количество которых бесконечно велико, неподвижны. Фронт волны всегда перемещается. Скорость его перемещения называют фазовой скоростью.

Частота перехода - частота υ фотона, излучаемого при переходе АЧ из состояния с энергией Е₂ в состояние с энергией Е₁ (Е₂ > Е₁), ν=(Е₂-Е₁) h.

ЧЭ – чувствительный элемент фотоприемника – конструктивный элемент фотоприёмника, в котором возникает внешний или внутренний фотоэффект при его освещении.

Эксимер – двухатомная молекула со слабой связью между атомами одного или двух элементов, например, криптона и фтора, устойчивая в возбуждённом состоянии. В эксимерном лазере переход молекулы из эксимерного (возбуждённого) состояния в основное сопровождается индуцированным излучением в ультрафиолетовой области спектра.

ЭМВ – электромагнитная волна.

ЭМИ – электромагнитное излучение.

ЭМП -электромагнитное поле.

λ – длина волны излучения, м.

φ – начальная фаза колебаний, рад.

Ω – телесный угол, ср.

ω – угловая частота, рад·с^-1.

α – плоский угол, рад, град. α(t) =(ωt+ φ) – фаза колебаний.

ε, µ - диэлектрическая и магнитная проницаемости соответственно.

υ – частота фотона, частота колебаний, Гц (с^-1).

Е – полная энергия.

U – потенциальная энергия.

∆Е – ширина запрещённой зоны полупроводника.

Е_v –энергия «потолка» валентной зоны.

Е_с – энергия «дна» зоны проводимости.

U₀ – вакуумный уровень, «глубина» потенциальной «ямы».

Р – импульс, кг·м·с^-1.

h – постоянная Планка, h=6,28·10^-34Дж·с.

с – скорость света в вакууме, с≈3·10⁸м·с^-1.

k – волновое число, k =2πλ^-1; постоянная Больцмана,

k =1,38·10^-23ДжК^-1.

Приложение

Избранные разделы из Физики полупроводников

Полупроводник – это (чаще всего) твердое вещество с атомной кристаллической структурой. Атомные кристаллы образуются за счет ковалентных (парноэлектронных) связей между атомами решетки кристалла. Ковалентная связь возникает при малых расстояниях между ядрами – менее 0,2нм, когда имеет место перекрытие электронных оболочек атомов. Ковалентные связи имеют такие полупроводники как германий, кремний, фосфид галлия и др. Отличительной особенностью полупроводников является то обстоятельство, что их электропроводность может изменяться в широком диапазоне, приближаясь в соответствующих состояниях либо к проводникам, либо к техническим диэлектрикам. Существуют также органические полупроводники, которые в настоящее время находят все большее применение.

Дата добавления: 2014-11-18