Закон электромагнитной индукции

Электрический ток в металлах и полупроводниках.

Классическая теория электропроводности металлов основывается на понятии свободных электронов, находящихся в металле. Сопротивление вызвано столкновением свободных электронов с узлами кристаллической решетки и растет с ростом температуры.

Электромагнитное поле.

Всякое изменение магнитного поля, по закону Фарадея, вызывает появление электрического поля, и наоборот, по закону Максвелла, изменение электрического поля порождает магнитное поле

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I_i в проводящем контуре прямо пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.

Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.

Определение волны. Волна (волновой процесс) - процесс распространения колебаний в сплошной среде. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества

Электромагнитные волны возникают всегда, когда в пространстве есть изменяющееся электрическое поле. Такое изменяющееся электрическое поле вызвано, чаще всего, перемещением заряженных частиц, и как частный случай такого перемещения, переменным электрическим током.

Свойства электромагнитной волны.

Частота - количество оборотов биона в единицу времени.
Скорость света - скорость передачи вращений от одного биона к другому.
Фаза - расположение одного из полюсов биона относительно линии распространения электромагнитной волны.

Оптоэлектроника – область науки и техники, исследующая и применяющая процессы взаимодействия оптического излучения с веществом для передачи, приема, переработки, хранения и отображения информации.

Интегральная оптика – раздел оптоэлектроники, изучающий и применяющий оптические явления в тонкопленочных полупроводниковых и диэлектрических волноводах и структурах, изготовленных на единой подложке методами групповой (интегральной) технологии.

Оптическое излучение – электромагнитное излучение оптического диапазона.

Оптический диапазон спектра составляют электромагнитные колебания, длина волн которых лежит в пределах от одного метра до 1 нм. Внутри оптического диапазона выделяют видимое (λ=0,38...0,78 мкм), инфракрасное (λ=0,78...1000 мкм) и ультрафиолетовое (λ=0,001...0,38 мкм) излучения.

Световые волны – электромагнитные волны оптического диапазона.

Монохроматическое излучение – оптическое излучение, характеризующееся какой-либо одной частотой (одной длиной волны) световых колебаний.

Квантовый усилитель – усилитель электромагнитных волн, основанный на использовании вынужденного излучения.

Квантовый генератор – источник когерентного излучения, основанный на использовании вынужденного излучения.

Лазер* (оптический квантовый генератор) – квантовый генератор (усилитель) оптического излучения.

Мазер – квантовый генератор (усилитель) электромагнитного излучения радиодиапазона.

Вынужденное излучение – когерентное электромагнитное излучение, возникающее в результате вынужденного испускания.

Вынужденное испускание – когерентное испускание фотона при квантовом переходе системы в результате взаимодействия с внешним электромагнитным полем.

Когерентность – согласованное протекание во времени и в пространстве колебательных или волновых процессов. Электромагнитная волна называется когерентной, если её амплитуда, частота, фаза, направление распространения и поляризация постоянны или изменяются по определенному закону (упорядочение).

ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Современная оптическая и квантовая электроника определяют новые возможности как электроники, так и оптики, но не пересматривают их фундаментальные положения. Необходимость дальнейшего освоения оптического диапазона с использованием хорошо развитых методов радиофизики, радиотехники и электроники определяется рядом принципиальных обстоятельств.

1. Частота электромагнитных колебаний (несущая частота ν0) в оптическом диапазоне существенно выше, чем в радиодиапазоне. Например, частота световых колебаний в наиболее освоенной видимой и ближней инфракрасной областях спектра (~1015...1013 Гц) в миллионы раз превышает частоту радиоволн в областях радио- и телевещания. Это определяет высокую информационную емкость оптического канала связи. Напомним, что для передачи обычного телевизионного изображения требуется полоса частот ∆ν=5 МГц. Поэтому в метровом диапазоне (при λ=1 м ν0 = 300 МГц) можно передать лишь около десятка телевизионных программ. В оптическом диапазоне при том же отношении ∆ν/ν0 это число возрастает в миллионы раз.

2. Длина световых волн существенно меньше, чем длина радиоволн. Этопозволяет получить высокую концентрацию оптического излучения в пространстве, поскольку минимальный объем, в котором можно сфокусировать электромагнитное излучение, имеет размеры порядка длины волны. Поэтому оптические волноводы (световоды) при прочих равных условиях обладают существенно меньшими (на несколько порядков) размерами по сравнению с СВЧ-волноводами, что важно с точки зрения микроминиатюризации электронной аппаратуры. И, наконец, в оптическом диапазоне нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности излучения с углом расходимости 0,1° и менее. Для формирования подобной диаграммы в радиодиапазоне (при λ=1 м) потребовалась бы антенна диаметром порядка сотен метров. В оптическом диапазоне функцию такой антенны способны выполнить, например, сферическое зеркало или линза умеренных размеров, поскольку для получения одинаковой диаграммы направленности размер антенны пропорционален длине волны.

3. Передача информации осуществляется фотонами. В отличие от электронов, которые служат основными носителями информации в обычных электронных приборах, фотоны являются электрически нейтральными частицами, не взаимодействующими между собой и с внешним электрическим и магнитным полями. Это определяет возможность идеальной гальванической развязки входа и выхода, однонаправленность потока информации, высокую помехозащищенность, исключение взаимных наводок и паразитных связей между различными элементами схемы. Поэтому использование оптических методов в современной микроэлектронике заметно расширяет её функциональные возможности, позволяя выполнять многоканальные сложные связи и осуществлять «оптический монтаж», исходя лишь из требуемых функциональных задач. Так как фотон в оптоэлектронных системах является основным носителем информации, то, по аналогии с электроникой, оптоэлектронику называют также фотоникой.

4. Применение оптических методов записи, хранения и обработки информации открывает новые возможности для пос ЭВМ. Это обусловлено, с одной стороны, возможностью реализации новых принципов параллельной обработки информации (например, на основе голографических методов), а с другой – возможностью достижения высокой плотности записи (~ 108 бит/см2) в оптических запоминающих устройствах.

Дата добавления: 2015-06-04