Фотоны в кристалле

В области прозрачности кристалла поляритоны (больших длин волн) тождественно совпадают с фотонами в кристалле, так как [c.66]

Частота щ обычно соответствует области прозрачности кристалла. Операторы а р и а р являются операторами рождения и уничтожения фотонов в кристалле, т. е. поляритонов (по отношению к электронным возбуждениям ионов) частоты сй< с волновым вектором ( . Далее в этом параграфе мы будем называть такие поляритоны фотонами в кристалле или просто фотонами, чтобы отличать их от инфракрасных поляритонов, соответствующих оптическим колебаниям ионов в кристалле, которые рассматриваются в 14.1. Подставив (14.5) и (14.7) в (14.6), получаем оператор взаимодействия фотонов и фононов, [c.75]

Поэтому взаимодействие колебаний, изменяющих поляризуемость кристалла, с электрическим полем фотонов в кристалле определяется выражением, квадратичным относительно напряженности [c.77]

Поглощение света при переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости полупроводника называют собственным меж-зонным поглощением. При поглощении фотона в кристалле образуется пара квазичастиц — электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Для истинного поглощения света необходима диссипативная подсистема, которая изменяла бы состояние электрона и дырки так, чтобы они не могли сразу же аннигилировать с испусканием поглощенного фотона. В кристалле такой подсистемой являются фононы колебаний решетки кристалла. Они обеспечивают процессы релаксации с некоторым эффективным временем г. [c.299]

Определим резонансную частоту из условия равенства частот и волновых векторов экситона и фотона в кристалле. При резонансе значение волнового вектора [c.454]

К процессам рассеяния (релеевского и комбинационного) следует относить процессы, при которых возбужденные состояния кристалла выступают только как виртуальные (даже в условиях резонанса). При релеевском рассеянии процессы поглощения и излучения когерентно связаны между собой. Релеевское рассеяние является единым процессом упругого рассеяния фотонов в кристалле. Следующее из теории возмущений участие в рассеянии промежуточных (виртуальных) возбужденных состояний кристалла отражает только факт взаимодействия фотона с кристаллом, а не реальный процесс перехода в возбужденное состояние. Согласно [c.579]

При теоретическом описании процесса комбинационного рассеяния следует иметь в виду, что фотоны в кристалле в области его прозрачности являются квантами поляритонов. При комбинационном рассеянии поляритон, теряя или приобретая энергию, смещается скачкообразно вдоль поляритонных ветвей, характеризующих дисперсию поляритонов (см. рис. 68). Выходящее при этом из кристалла излучение иногда неудачно называют люминесценцией из поляритонных состояний . В действительности же такое излучение не обладает общепринятыми свойствами люминесценции. Оно проявляется в результате комбинационного рассеяния поляритонов внутри кристалла. Время жизни такого излучения приблизительно совпадает со временем пролета кристалла фотоном той же частоты. [c.580]

Предположим, что поперечные фотоны в кристалле описы-ва ются гамильтонианом [c.589]

Волновой вектор фотона в пустом пространстве равен q до рассеяния и д после рассеяния. Волновые век торы фотона в кристалле равны nq и nq, где п — показатель преломления. [c.109]

Взаимодействие фотонов с возбужденными атомами дает лавинообразные потоки фотонов в различных направлениях. Наличие торцовых зеркальных [юверхностей рубинового стержня приводит к тому что при многократном отражении усиливаются свободные световые колебания в направлении оси стержня рубина вследствие стимулирования возбужденными атомами. Спустя 0,5 мс более половины атомов хрома приходит в возбужденное состояние, и система становится неустойчивой. Вся запасенная энергия в стержне рубина одновременно высвобождается, и кристалл испускает ослепительный яркий красный свет. Лучи света имеют высокую направленность. Расходимость луча обычно не превышает О, Г. Системой оптических линз луч фокусируется на поверхности обрабатываемой заготовки (рис. 7.15). [c.414]

Возможны и процессы, при которых в каждом акте поглощения одновременно участвуют более двух (три и больше) квантов. Такие процессы называются многофотонным поглощением. (Трехфотонное поглощение в кристаллах нафталина было обнаружено еще в 1964 г.) Очевидно, что с увеличением числа фотонов, одновременно участвующих в одном акте поглощения, вероятность соответствующего процесса уменьшится. Поэтому для наблюдения процессов более высокого порядка (например, трехфотонного поглощения) поток энергии падающего света должен быть значительно большим, чем в двухфотонном. В очень сильных световых полях, образуемых при фокусировке излучения мощных лазеров, иногда происходит одновременное поглощение десяти фотонов и больше. В этом случае многофотонное поглощение приводит к отрыву электрона от атома, т. е. ионизации. Этим объясняется возникновение искры — пробоя прн фокусировке излучения мощного лазера в воздухе. Существенный вклад в деле обнаружения и теоретического анализа и применения двухфотонного и многофотонного процессов был сделан академиками Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым, Л. В. Келдышем и их школой. [c.403]

Процессы, происходящие в твердых телах, связанные с колебаниями атомов кристаллической решетки, выглядят особенно просто, если обратиться к одному из самых фундаментальных обобщений квантовой механики. В основе этого обобщения лежит идея французского физика Луи де Бройля о том, что каждой волне с частотой со и волновым вектором к можно сопоставить частицу с энергией E—Htd и импульсом p = ftk. Так, световые (электромагнитные) волны можно рассматривать как квантовые осцилляторы излучения или считать, что они состоят и частиц — квантов, называемых фотонами. Каждый фотон имеет энергию Й.0). Аналогично, если обратиться к формуле (5.70) для энергии квантового осциллятора, то звуковую волну с волновым вектором к и поляризацией s можно рассматривать как совокупность ге(к, s) квантов с энергией Йсо(к, s) каждый и плюс энергия основного состояния /2Й<в(к, s). Эти кванты (или частицы звука) звуковой волны называют фононами. Величина ft. o(k, ь), очевидно, представляет собой наименьшую порцию энергии возбуждения над основным уровнем АЛ (к, s). Так как фонон несет наименьшую энергию, его рассматривают как элементарное возбуждение. Сложное возбуждение есть просто возбуждение, содержащее много фононов. Коллективные движения атомов в кристалле представляют собой звуковые волны, а соответствующие им возбуждения — кванты звука, или фононы. [c.161]

Выше было отмечено, что коэффициент поглощения а (Я) имеет смысл вероятности поглощения фотона с длиной волны X на единичной длине образца. Если в кристалле действуют несколько механизмов поглощения и они независимы друг от друга, то полная вероятность поглощения выражается соотношением [c.307]

Весьма интересна последняя фраза в этом высказывании. Для того чтобы происходило рассеяние корпускул друг на друге, необходимо допустить, что их масса не постоянна. На языке квантовой оптики это соответствует тому, что изменяется частота света. Такое явление действительно наблюдается при взаимодействии лазерных пучков в прозрачных средах, например в кристаллах, при определенных условиях. Оно относится к нелинейно-оптическим явлениям. При этом действительно происходит взаимодействие фотонов друг с другом (тогда как в вакууме или воздухе фотоны практически не взаимодействуют). Ну как же тут не вспомнить упоминавшееся ранее замечание Ломоносова о том, что в прозрачных твердых телах световые корпускулы обязательно должны взаимодействовать друг с другом [c.23]

Во многих случаях можно рассматривать взаимодействие фотонов с атомами и молекулами вещества, как если бы последние были свободны или по крайней мере изолированы. Однако в тех случаях, когда квантово-оптические явления происходят в твердых телах, необходимо принимать во внимание электронные и другие коллективные движения в кристалле. Этим коллективным движениям сопоставляют своеобразные кванты , называемые квазичастицами или элементарными возбуждениями. Кристалл уподобляют газу таких квазичастиц. Квантово-оптические явления в твердых телах рассматривают, исходя из взаимодействия фотонов с указанными квазичастицами. [c.129]

Фонон — квазичастица, сопоставляемая волне смещений атомов (ионов) и молекул кристалла из положения равновесия. Оказалось, что имеется глубокая аналогия между светом и упругими волнами в кристаллах для последних также имеет место дискретность энергии. По аналогии со световыми квантами (фотонами) кванты энергии упругих колебаний в кристаллах были названы фононами. [c.157]

Из дальнейшего анализа ( 5) станет ясно, что энергия упругих волн в кристалле является квантовой величиной, и по аналогии с фотоном квант энергии упругой волны называют фононом. [c.210]

В качестве первого опыта рассмотрим нормальное падение плоской электромагнитной волны на кристалл турмалина (см. рис. 19), когда вектор S волны коллинеарен оптической оси. Волна без изменения интенсивности пройдет через пластинку. С точки зрения поляризации фотонов этот опыт интерпретируется следующим образом. Каждый из фотонов, падающих на пластинку, находится в состоянии с линейной поляризацией в плоскости, в которой лежит оптическая ось кристалла. Для сокращения словесных выражений говорят также, что фотон линейно поляризован в этой плоскости. При входе в кристалл линейная поляризация фотона сохраняется и он беспрепятственно проходит через кристалл. На выходе из кристалла появляется столько же фотонов, сколько в него вошло. [c.38]

Можно себе представить, что фотон, поляризованный под углом Р к оптической оси, при достижении поверхности кристалла не может дальше двигаться в нем с той же линейной поляризацией. Он должен получить поляризацию либо в плоскости, параллельной оптической оси, либо перпендикулярной. Поэтому он на входе в кристалл скачком изменяет свою поляризацию в одну из этих плоскостей. Доля фотонов, сделавших скачок в состояние поляризации параллельно оптической оси, пропорциональна os Р, а перпендикулярно оси-sin р. Фотоны с параллельной оптической [c.39]

Это было использовано при обосновании закона Малюса. Принцип суперпозиции для электромагнитного поля позволил полностью объяснить все поляризационные явления в кристаллах. Для последовательной интерпретации поляризации фотонов необходимо использовать некоторый аналог принципа суперпозиции для электромагнитных волн. Таким аналогом является принцип суперпозиции состояний. [c.40]

ОСИ кристалла, а другая - перпендикулярна. При движении в кристалле состояние фотона продолжает быть суперпозицией двух взаимно перпендикулярных состояний. Одно из них -это состояние линейной поляризации, соответствующей обыкновенному лучу, а другое-необыкновенному. Поэтому группа фотонов, вошедших в кристалл, не распадается на две группы фотонов, одна из которых находится в состоянии параллельной оптической оси линейной поляризации, а другая - в состоянии перпендикулярной оптической оси линейной поляризации. Она продолжает быть одной группой фотонов в состоянии суперпозиции этих двух поляризаций. На выходе состояние фотона продолжает по-прежнему быть суперпозицией взаимно перпендикулярных состояний линейных поляризаций. Эта суперпозиция может оказаться линейной, круговой или эллиптической поляризацией в зависимости от обстоятельств (толщины и свойств кристаллической пластины). [c.41]

При поглощении фотона в кристалле полупроводника образуется пара квазичастиц — электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Обратный переход электронов из зоны проводимости в валентную зону осуществляется за счёт электронно-дырочной рекомбинации свободных носителей одного типа со связанными носителями противоположного типа. Взаимодействие электронов и дырок с диссипативной подсистемой фононов колебаний решетки кристалла изменяет состояния электронов и дырок, так что они не могут сразу же после образования аннигилировать с испусканием поглощенного фотона. В этом случае энергия взаимодействия между электронами и дырками обусловлена электростатическим взаимодействием заряженных частиц и отбор излишней энергии происходит согласно одному из следующих двух механизмов 1) осуществляется одним или более решёточным фононом 2) осуществляется посредством трёхчастичного [c.17]

К процессам рассеяния (релеевского и комбинационного) следует также добавить процессы, при которых возбуждённые состояния кристалла выступают только как виртуальные (даже в условиях резонанса). При релеевском рассеянии процессы поглощения и излучения когерентно связаны между собой и оно является процессом упругого рассеяния фотонов в кристалле. Следующее из теории возмущений участие в рассеянии промежуточных (виртуальных) возбуждённых состояний кристалла не отражает реальный процесс перехода в возбуждённое состояние. Действительно, согласно теории возмущений волновая функция кристалла, взаимодействующего с фотоном, представляется в виде суперпозиции волновых функций возбуждённых состояний невозмущённого гамильтониана. Однако эту же функцию можно разложить и по любой другой полной ортонормированной системе функций, определённых в том же пространстве независимых [c.19]

Параметрическое рассеяние света имеет еще одну особенность — оно наблюдается лишь в кристаллах, не имеющих центра симметрии (пьезокристаллы). Это связано с тем, что трехфотонные (один падаю-щи11 и два рассеянных) взаимодействия описываются нелинейной восприимчивостью третьего порядка, а восприимчивости нечетных порядков равны нулю в центросимметричных средах. Однако в центросимметричных средах (к которым относятся и жидкости) наблюдается четырехфотонное параметрическое рассеяние , при котором два фотона накачки превращаются в пару фотонов с другими частотами и направлениями распространения [c.412]

По указанной причине длительное время экспериментально не обнаруживалось резонансное поглощение у-квантов в газах. Однако в кристаллах оно было открыто Мёссбауэром в 1958 г. Дело в том, что атом, входящий в состав кристалла, жестко связан со всеми атомами макроскопического объема вещества, и импульс поглощаемого фотона передается не одиночному атому, а всему кристаллу в целом. Вследствие огромной (в атомных масштабах) массы кристалла импульс отдачи пренебрежимо мал, и линии испускания и поглощения практически не смещены друг относительно друга. [c.659]

Поляритоны. Как видно из рис. 6.6, фотоны с энергией не выше примерно 0,01 эВ и длинноволновые оптические фононы с волновым вектором порядка 10 см оказываются близкими по своим характеристикам — энергии и модулю импульса. Между такими фононами и фотонами возникает взаимодействие, в результате которого в кристалле рождаются новые квазичастицы — поляритоны. Поля-ритон можно рассматривать как своеобразную кооперацию фотона и оптического фонона. Подобная кооперация возможна также между фотонам и экситоном при условии [c.154]

Правило отбора к =к+0 можно рассматривать как одну из форм закона сохранения импyлIJ a в кристалле. В свободном пространстве (вне кристалла) импульс фотона, имею- [c.62]

Если кристалл поглощает фотоны с энергией, которая больше ширины запрещенной зоны, то в нем образуются пары электрон — дырка. Возникшие таким путем носители заряда могут свободно и независимо перемещаться по кристаллу. Но псюкольку электрон и дырка в силу кулоновского, взаимсщействия притягиваются, возникают и устойчивые, связанные состояния этих частиц. Такие образования (связанные нары электрон — дырка) называются э ксито-н а м и. Они перемещаются в кристалле, перенося энергию возбуждения, но не создавая переноса заряда в силу своей электронейтральности. [c.160]

Амплитудный анализатор АИ-100 с датчиком УСД-1, оснащенный кристаллом NaJ(Ta), имеет разрешающую способность по Y-линии s 9%. Основные процессы взаимодействия Y-квантов с веществом — фотоэлектрические поглощения, комптоновское рассеивание и образование пар. Результатом взаимодействия излучения с веществом сцинтиллятора является возбуждение атомов молекул, которые, возвращаясь в нормальное состояние, испускают фотоны с частотой в области спектральной чувствительности фотокатода фотоумножителя ФЭУ-13. Кристалл йодистого натрия, активизированный таллием, обладает световым выходом относительно большой плотности, содержит атомы йода с большим атомпы. весом (Z = 53), хорошо себя зарекомендовал в спектрометрии рентгеновского и у-излучения. Так как интенсивность световой вспышки линейно связана с энергией, возбужденной 7-квантом в кристалле, на аноде фотоумножителя ФЭУ-13 появляется пропорциональный ей импульс тока, регистрируемый набором статистически распределенных импульсных счетчиков. [c.57]

Обычно длина периода траектории частицы в ондуляторе Л/д 1 см, т. к, она должна быть больше его апертуры, определяемой поперечными размерами пучка (й1 мм). Более жёсткое излучение (с энергией кван-тов йсощанс— ) при меньшей эффективности генерации испускается в ондуляторах с 1 см. Такими ондуляторами могут служить, напр., эл.-магн. волны (обратный Комптона эффект) и кристаллы. Кристаллы устанавливаются на краю рабочей области синхротронов, на выходе линейных ускорителей электронов, а также в элегстронных каналах протонных синхротронов. Поляризов. пучки фотонов, испускаемые электронами в поле поляризованной эл.-магн. волны или в кристалле (когерентное тормозное излучение, каналированное излучение), используются в ядерной физике и физике высоких энергий. [c.408]

Смотреть страницы где упоминается термин Фотоны в кристалле : [c.157] [c.232] [c.355] [c.454] [c.489] [c.494] [c.589] [c.639] [c.335] [c.165] [c.306] [c.342] [c.288] [c.39] [c.39] [c.421] [c.18] [c.243] [c.373] [c.263] [c.238]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...