Фотоны акустические

В предыдущем разделе мы видели, что дифракцию света на звуковых волнах можно рассматривать как процесс взаимодействия трех частиц падающего фотона, акустического фонона и дифрагированного фотона. Закон сохранения импульса требует, чтобы три векто- [c.358]

Схема (2.34) означает, что квант hv поглощается, и за счет энергии hv — hvi происходит возбуждение фонона (акустического или оптического). Схема (2.35) показывает, что за счет уменьшения числа фононов в твердом теле энергия фотонов сдвигается в антистоксову область, т. е. увеличивается. [c.52]

Электроны во внешних оболочках атомов, молекул, кристаллических структур или электроны в плазме могут осуществлять неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулярных колебаниях, на оптических и акустических колебаниях кристаллов или на других возбужденных состояниях твердых тел и плазменных систем. Если коэффициент усиления принимает достаточно большие значения, то всегда присутствующие оптические потери могут быть скомпенсированы, и тогда становится возможным переход от спонтанного к вынужденному рассеянию при этом свойства рассеянного излучения качественно изменяются (ср. ч. I, разд. 4.21). Вынужденное комбинационное рассеяние может быть обнаружено на большом числе частиц, квазичастиц и возбужденных состояний и влечет за собой большое многообразие явлений [3.1-10,3.1-11]. В дальнейших рассуждениях данного раздела будет рассмотрен эффект комбинационного рассеяния на колебаниях молекул, комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фотонах н на фонон-поляритонах, а также комбинационное рассеяние, связанное с процессами переворачивания спинов электронов в полупроводниках. [c.350]

Неупругое рассеяние фотонов на акустических фононах........ 174 [c.171]

НЕУПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ ФОТОНОВ НА АКУСТИЧЕСКИХ ФОНОНАХ [c.174]

Законы сохранения энергии и импульса требуют, чтобы при поглощении фотона и испускании одного фонона до тех пор, пока не учитываются процессы переброса, энергии и импульсы обоих элементарных возбуждений совпадали. Фононные энергии лежат ниже 0,1 эВ, поэтому однофононное поглощение имеет место в инфракрасной области. Далее, из законов сохранения следует, что могут возникать только оптические фононы. Скорость света в 10 —10 раз больше скорости распространения акустических волн в твердом теле. Поэтому не существует акустических фононов с той же энергией и волновым числом, что и у фотонов. [c.303]

Общей, или классической, акустикой называют раздел физики, имеющий дело с упругими колебаниями и волнами в классической сплои ной среде в случае, когда длины волн значительно больше расстояний между атомами и молекулами. Другими словами, общая акустика — это часть механики сплошных сред (гидродинамики и теории упругости), изучающая колебательные и волновые процессы. Если же среда характеризуется не только механическими, но и другими физическими свойствами (например, наличием пьезоэлектричества, фотоупругости, магнитных свойств и т. д.), то процесс распространения звука в такой среде может существенно зависеть от этих свойств. Для описания акустических явлений в этом случае уже недостаточно традиционных представлений механики сплошных сред. Необходимо использовать более общие модели, основанные на рассмотрении соответствующих явлений на макро- и микроуровнях. Это относится к взаимодействиям звука с тепловыми упругими волнами в кристаллах — фононами, взаимодействиям со светом — фотонами (акустооптика), со свободными носителями заряда — электронами (акустоэлектроника), с возбуждениями в магнитоупорядоченных кристаллах — магнонами. Когда длина волны становится сравнимой с параметром решетки кристалла, возникают специфические явления, которые также не могут быть описаны в рамках классической механики сплошных сред. [c.6]

Об использовании понятия о фотонах в среде (с энергией йш и импульсом (йюп/с) ) в применении к другим задачам теории излучения см. [23] и 15 настоящей книги. Заметим, что под указанное в тексте определение экситонов подпадают также акустические [c.21]

В случае бриллюэновского рассеяния на фононе в процессе участвует акустический фонон с волновым вектором вблизи начальной точки в /с-пространстве, а зависимость s(k) имеет вид 0s(k) = с к)к [формула (22.65)]. Тогда соотношение (24.20) связывает скорость звука j(k) с углом рассеяния и сдвигом Дсо в энергии фотона [c.111]

В результате проведенного анализа получаем, что спектральное раснределение рекомбинационного излучения (8.2.12) имеет вид рис. 8.4. Наблюдаемый спектр всегда выглядит более симметрично (см. рис. 8.5). Это определяется рядом обстоятельств. Во-первых, в светоизлучающих диодах и лазерах обычно используются высокие концентрации донорных и акцепторных примесей, что вызывает искажение края запрещенной зоны, показанное на рис. 8.2, б. Во-вторых, наряду с излучением фотона может происходить взаимодействие с кристаллической решеткой. В таком случае часть энергии рекомбинационного перехода (примерно 0,05 эВ) может передаваться колебаниям решетки — оптическому или акустическому фонону, который возбуждается в тот же момент времени. В-третьих, переход может идти в несколько этапов с участием одного из примесных уровней вблизи края зоны. В результате в основном излучательном переходе присутствует энергия, меньшая, чем ширина запрещенной зоны. [c.217]

Практически мы просто знаем о таких коллективных колебаниях в твердом теле при а= /У М— это акустические волны, которые получили название фононы (по аналогии с колебаниями электромагнитного поля — фотонами) — для каждой частоты со одно продольное и два поперечных независимых колебаний. В случае систему можно считать непрерывной (как в механике сплошных сред) и при подсчете величины с(Г(со) использовать аналогию с электромагнитным излучением (исторически было наоборот от механики сплошных сред — к понятию твердого эфира в электродинамике, а затем уже к понятию поля теперь же мы как бы совершаем обратный переход). Тогда, объединяя оба поперечных колебания в одно слагаемое, имеем [c.506]

С подстановкой в него СЕОрсхти звука о дали хорошее согласие с экспериментальными результатами. Это служит явным подтверждением справедливости основных соотношений (2.51-5) и (2.51 6 между частотами или волновыми числами лазерной и стоксовой волн и волны давления, полученных для вынужденного рассеяния Бриллюэна. Следует отметить, что в корпускулярном представлении (электромагнитные волны -> фотоны акустические волны -) фононы) эти соотношения выражают законы сохранения энергии и импульса. [c.217]

КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП — собирательный термин длн приборов квантовой электроники, служащих для обнаружения и определепия величины и знака, угловой скорости вращения или угла поворота относительно инерциальной системы отсчёта. В основу действия К. г. положены гиросконич. свойства, частиц или волп — ато.миых ядер, электронов, фотонов, фоноиов и т. д. Эти свойства могут быть обусловлены как спиновыми и орбитальными моментами микрочастиц, так и зависимостью времени отхода замкнутого контура (интерферометра или резонатора), встречными световыми или поверхностными акустическими, магнитными волнами от скорости и направления враще1П1я контура. Полезный сигна.ч, пропорциональный скорости вращения, возникает или за счёт прецессии механич. и магнитных моментов микрочастиц, или за счет возникновения разности фаз или частот ме кду встречными волнами во вращающемся контуре. [c.330]

Э. имеют конечное время жизни электрон и дырка, составляющие Э., могут рекомбинировать с излучением фотона, Э. также может рекомбинировать безызлучатель-но при столкновении с дефектами кристаллич. решётки. На рис. 3 показан спектр экситонного излучения кристалла Ge при темп-ре 4,2 К, соответствующий распаду Э. с испусканием продольных и поперечных оптических LO, ТО) и акустических LA, ТА) фононов (см. Колебания кристаллической решётки). [c.502]

Рассмотрим случай, когда ФК обусловлено рождением при фотопереходе акустических фононов (см. п. 15.2). Для квазидебаевской модели фононов функция дефазировки [c.233]

До сих пор мы рассматривали дифракцию света на неограниченной плоской звуковой волне. В представлении частиц неограниченной плоской волне соответствует частица (фонон) с определенным импульсом и определенной энергией. Брэгговская дифракция рассматривается как сумма отдельных столкновений, в каждом из которых происходит поглощение или испускание фонона фотоном. Эти фундаментальные процессы могут иметь место, только когда сохраняются и энергия, и импульс. Поскольку частота звука существенно меньше оптических частот, для сохранения энергии и импульса требуется, чтобы волновые векторы фотона и фонона образовывали равнобедренный треугольник (см. рис. 9.3). Такая брэгговская дифракция означает, что волна, падающая под углом Брэгга вд — = ar sin (Х/2лЛ), дифрагирует с поглощением фонона. Может ли дифрагированная волна поглотить другой фонон и претерпеть рассеяние на больший угол Для случая неограниченной акустической волны ответ на этот вопрос отрицательный, поскольку в этом случае законы сохранения энергии и импульса не могут выполняться одновременно. Это иллюстрирует рис. 9.9, б. Волновой вектор О соответствует волне, падающей под углом Брэгга вд. Волновой вектор 1 представляет волну, дифрагированную с поглощением фонона. При поглощении другого фонона с тем же волновым вектором К закон сохранения импульса не будет выполняться (рис. 9.9, б). На рис. 9.9, а показаны также многократный или последовательный процесс трехчастичного взаимодействия, который включает в себя поглощение фононов со слегка различающимися волновыми векторами. В последнем случае выполняются как закон сохранения энергии, так и закон сохранения импульса. Таким образом, можно заключить, что многократные процессы рассеяния не могут происходить, когда волновой вектор звуковой волны однозначно определен, как это имеет место в случае неограниченной плоской волны. Многократные процессы рассеяния возможны лишь в том случае, когда акустические волновые векторы К имеют некоторое угловое распределение. Последнее отвечает случаю, когда акустическая волна представляет собой пучок конечного размера. [c.380]

Процесс ВРМБ можно описать классически как параметрическое взаимодействие между волнами накачки, стоксовой и акустической. Благодаря электрострикции накачка генерирует акустическую волну, приводящую к периодической модуляции показателя преломления. Индуцированная решетка показателя преломления рассеивает излучение накачки в результате брэгговской дифракции. Поскольку решетка движется со звуковой скоростью частота рассеянного излучения испытывает доплеровский сдвиг в длинноволновую область. В квантовой механике такое рассеяние описывается как уничтожение фотона накачки и одновременное появление стоксова фотона и акустического фонона. Из законов сохранения энергии и импульса при рассеянии вытекают соотношения для частот и волновых векторов трех волн [c.258]

Рост интенсивности стоксовой волны характеризуется коэффициентом усиления при ВРМБ 0b(v), максимальным при v = Vg. Однако в отличие от ВКР спектральная ширина ВРМБ-усиления Avg очень мала ( 10 МГц против 5 ТГц). Ширина спектра связана с временем затухания акустической волны или временем жизни фотона Тд. Действительно, если принять затухание акустической волны экспоненциальным (ехр(— t/Tg)), то спектр ВРМБ-усиления будет иметь лоренцеву форму [c.259]

Тонкая структура линии рэлеевского рассеяния содержит дискретные линии, обусловленные рассеянием на тепловых волнах (рассеяние Мандельштама-Бриллюэна), расположенные симметрично относительно несмещенной компоненты. Рассеяние с изменением частоты связано с тем, что диэлектрическая восприимчивость х (э. также диэлектрическая проницаемость в = 1 + х) изменяется во времени вследствие тепловых акустических волн в веществе, характерная частота этих изменений равна г/д = и/2а, где и и а — скорость звука и постоянная решетки. Модуляция свойств среды приводит к появлению суммарной и разностной частот рассеянного света г/ г/д. Рассеяние с появлением спектральных компонент, смещенных по частоте относительно исходного излучения, является параметрическим процессом. Вероятность появления одного рассеянного фотона при облучении одной частицы (молекулы или атома) пропорциональна плотности потока квантов в пучке падающего света, но коэффициент пропорциональности (сечение рассеяния а) составляет по порядку величины всего лишь 10 ° см /ср. Отсюда получаем, что отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности падающего /о составляет /5 / /о = = Аттапк, где п 10 см — концентрация атомов, к — толщина слоя. При прохождении светом расстояния 1 см в однородном прозрачном твердом теле рассеивается в полный телесный угол (4тг стерадиан) примерно 1з/1о 10 падающей интенсивности. [c.50]

В заключение отметим, что выше рассматривалась только линейная упругость кристаллов и речь шла, соответственно, о модулях упругости второго порядка, т. е. о линейных модулях. Для описания нелинейной упругости даже кристаллов кубической симметрии требуется 14 модулей упругости третьего порядка, а для триклинных кристаллов их число достигает 56 [80. Поэтому уравнения нелинейной акустики кристаллов обычно строятся для особенных кристаллографических направлений, для которых они приобретают форму рассмотренных выше нелинейных уравнений упругости изотропного твердого тела с соответствуюш,им набором нелинейных параметров. Эти параметры, т. е. модули упругости третьего по-ркдка, также определяются из ультразвуковых измерений 180]. Таких измерений проведено мало, а между тем нелинейные акустические эффекты играют важную роль в квантовой акустике для описания таких процессов, как фонон-фононные взаимодействия, а также спин-фононные, фотон-фононные и другие виды взаимодейст ВИЙ [87]. Эти интересные вопросы, однако, выходят за рамки данной книги. [c.265]

Стационарное решение. Практические результаты могут быть получены в модели локальных или так называемых псевдолокали-зованных фононов, когда задача сводится фактически к четырёхуровневой схеме. Псевдолокализованные фононы — это кванты комбинированного колебательного движения, образованные низкочастотными оптическими либрациями анизотропных примесных молекул, которые модулируют постоянную электрон-фотонного взаимодействия, и резонансными по отношению к ним акустическими фононами основного кристалла. Мы будем говорить о них как о резонансных фононах. Они характеризуются повышенной спектральной плотностью в узком спектральном диапазоне и проявляют себя как узкие пики в длинноволновом крыле линии поглощения. [c.92]

Выделим одно из изолированных экситонных состояний в квантовой яме, например уровень е1 — М1(1 ), обозначим резонансную частоту выделенного экситона в виде соц смотрим область частот Асо, широкую по сравнению с обратным временем жизни экситона, но узкую по сравнению с расстоянием со о - со о 1ДО ближайшего другого экситонного резонанса со . При нормальном падении света возбуждается экситон с нулевым двумерным волновым вектором, т.е. с КX = К у = 0. Экситон может рассеяться на фононе или статическом дефекте в состояние с К 0, захватиться на локализованное состояние (с испусканием акустического фонона), испустить оптический фонон и высветиться в области частот за пределами интервала До. Время жизни экситона по отношению к указанным или аналогичным диссипативным процессам обозначим в виде т. Кроме того, экситон может когерентно излучить вправо или влево фотон на той же частоте со и с волновым вектором к. Соответствующее время т о называется радиационным временем жизни экситона. Смысл введенных параметров со о. и X о удобно пояснить на примере нестационарной постановки задачи при импульсном возбуждении экситона его вол- [c.96]

Взаимодействие электрона, с деформацией решетки при условии сильной связи. Полученные в предыдущих разделах этого параграфа результаты базировались на использовании теории возмущений. Возникает, однако, вопрос, не могут ли существовать кристаллы со столь малыми модулями упругости и больщими эффективными массами электронов, при которых взаимодействие электрона проводимости с продольными акустическими колебаниями приводит к локальной деформации решетки, достаточной для образования глубокой потенциальной ямы, в которой электрон может совершать стационарное движение с дискретной энергией. В этом случае дополнительное поступательное движение электрона сопровождалось бы перемещением локальной деформации (большое число виртуальных фотонов) и масса электрона относительно такого движения значительно возросла бы. [c.234]

Более полное проявление всей экситонной зоны в оптическом спектре возможно только при участии фононов. При низких температурах наряду с бесфононной люминесценцией из состояЯия k=Q возможно превращение экситона с волновым вектором k=/ Q в фотон с одновременным рождением фонона с волновым вектором q = к—Qpi=iк. Рождаются фононы, которые наиболее сильно взаимодействуют с экситонами. Например, в кристалле dS рождаются продольные оптические фононы, взаимодействие которых с экситонами по оценкам, проведенным в работе [228], на три порядка больше взаимодействия с акустическими фононами. [c.320]

Как отмечалось в [44], кроме когерентного ПР за счет макроскопической квадратичной поляризуемости должно иметь место почти изотропное некогерентное рассеяние на флуктуациях плотности и ориентации отдельных частиц среды, обладающих квадратичной гиперполяризуемостью р. Теория такого трехфотонного релеевского рассеяния на отдельных молекулах или микронеоднородностях, которое аналогично двойному эффекту Комптона [25], рассматривалась Соколовским [106] и Барановой и Зельдовичем [98]. Соответствующий эксперимент описан в [107]. Несинхронное (Л -1 Ь 2 — 3 0) рассеяние возможно и в однородном образце за счет краевых эффектов [88, 98, 108, 182]. В сплошной среде при = О возможно трехфотонное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, при котором фотон накачки распадается на два фотона и акустический фонон с частотой Q и волновым вектором К [c.41]

Это соотношение соответствует так называемой поперечной оптической моде. Описанное внутреннее движение в ячейке имеет сильную частотную дисперсию около резонансных частот. Можно поставить вопрос каково влияние этой сильной дисперсии на собственные моды линейного оптического распространения В частности, когда частота электромагнитной волны близка к резонансной частоте внутренних колебаний среды (т. е. ш -), то среда сильно возбуждается, ощутимая часть энергии переходит в механические колебания и распространение электромагнитной энергии ослабляется. Это подводит к понятию полярито-на — гибридного кванта, частично фонона (акустические колебания), частично фотона в окрестности резонанса, где имеется существенная дисперсия по волновому числу. Чтобы рассмотреть этот эффект наглядно, нужно связать уравнение [c.67]

Третье из этих замечаний означает, что формулы для излучения черного тела всегда соответствуют по своему виду пределу крайне низких температур для кристаллов. Это вполне разумно, поскольку у подавляющего большинства (бесконечно большого числа) нормальных мод поля излучения величина Нек больше квТ, какой бы высокой ни была температура. В сочетании с точной линейностью по к закона дисперсии фотонов отсюда следует, что мы всегда находимся в области, где теплоемкость строго кубична. Поэтому мы можем получить точную формулу для плотности тепловой энергии излучения черного-тела, воспользовавшись выражением (23.20) для низкотемпературной удельной теплоемкости = duloT, связанной с колебаниями решетки. Для этого достаточно считать с скоростью света и умножить выражение (23.20) на Vg (чтобы исключить вклад продольной акустической ветви). В результате получаем закон Стефана — Больцмана [c.95]

Вместе с тем квантовая физика указывает пределы применимости классического учения о колебаниях и волнах. Опыты с рентгеновским излучением и светом показывают, что если энергия, воспринимаемая прибором, с помощ,ью которого исследуется излучение, за время срабатывания прибора очень мала, а именно порядка / V, где V —частота исследуемого света, / — универсальная постоянная (постоянная Планка), равная 6,62эрг-сек и играюп ая фундаментальную роль в квантовой физике, явления носят совсем другой характер, чем описанный в этой книге излучение проявляется как прерывный поток фотонов — частиц энергии / V. Нет оснований сомневаться, что аналогично должно обстоять дело с радиоволнами и акустическими волнами. Повышение чувствительности радиоприемной аппаратуры привело к тому, что начинает уже обсуждаться вопрос о возможности наблюдения фотонов в микроволновом радио-излучении. [c.566]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...