5.5 Квантовая оптика
.pdf
Содержание лекции:
1.Фотоэффект
2.Эффект Комптона
3.Фотоны
Виды фотоэффекта
•Явление фотоэффекта открыто в 1887 году Г. Герцем, который, облучая ультрафиолетовыми лучами находящиеся под напряжением электроды, наблюдал ускорение процесса разряда. Причина – появление при облучении свободных электронов
•Виды фотоэффекта: внешний, внутренний, вентильный
•Внешний фотоэффект – испускание электронов (фототок) веществом под действием электромагнитного излучения
•Внутренний фотоэффект – вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу
•Вентильный фотоэффект это возникновение ЭДС при освещении контакта полупроводников (полупроводника и металла) при отсутствии внешнего поля
Закономерности фотоэффекта
Свет
Катод |
Анод |
А
V
R
Батарея
Схема установки А.Г. Столетова для изучения фотоэффекта
При облучении катода светом возникает фототок, который регистрируется амперметром
1) Под действием света вещество теряет только
отрицательные заряды
2) Наиболее эффективное действие оказывают
ультрафиолетовые лучи
3) Фотоэффект безынерционен:
промежуток времени между моментом освещения и началом разрядки ничтожно мал
Александр Григорьевич
Столетов
(1839-1896)
Вольтамперная характеристика
Iф |
|
IН2 |
Е2 > Е 1 |
|
|
IН1 |
Е 1 |
|
|
–U UЗ |
U |
тормозящее напряжение |
ускоряющее напряжение |
1. Фототок возникает не только при U > 0, но и при U 0.
2. Фототок отличен от нуля до строго определенного для данного катода отрицательного значения U = UЗ
задерживающего потенциала.
3. Величина UЗ не зависит от величины светового потока – совпадение начальных точек обеих кривых.
4. Пологий ход кривых указывает на то, что электроны вылетают из катода с различными скоростями.
5. При напряжении U = Uз сила фототока равна нулю. Ни одному электрону не удается преодолеть задерживающее поле:
m v2 |
|
||
e max |
eU |
|
|
2 |
з |
||
|
|||
|
|
||
6. При некотором напряжении фототок достигает насыщения Iн , которое при дальнейшем увеличении U не изменяется. Сила фототока насыщения Iн определяется количеством электронов, испускаемых катодом в единицу времени.
Различные частоты света и одинаковая интенсивность
1 |
Iф I |
1 |
< 2 |
< 3 |
|
2
3
Uз3 Uз2 Uз1 0 |
U |
1.Величина задерживающего потенциала Uз пропорциональна частоте падающего света.
2.Максимальная скорость вылетевших из катода фотоэлектронов зависит только от частоты света
ине зависит от интенсивности света.
Законы фотоэффекта
1.При фиксированной частоте падающего света ( =const)
сила фототока насыщения Iн прямо пропорциональна интенсивности света.
2.Максимальная кинетическая энергия вырванных светом электронов (максимальная скорость электронов vmax ) растет с ростом частоты падающего света и не зависит от интенсивности света.
3.Фотоэффект не возникает, если частота света меньше
некоторой характерной для каждого металла величины кр называемой «красной границей» фотоэффекта.
Частота кр зависит от химической природы вещества и
состояния его поверхности.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
1. Свет не только излучается (М.Планк), но также распространяется в пространстве и поглощается веществом в виде отдельных порций энергии квантов:
h hc
•Распространение электромагнитного излучения нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных квантов – фотонов.
2. Фотоны передают всю свою энергию электронам вещества, причем каждый квант поглощается только одним электроном:
Aвых |
|
m v2 |
|
e max |
|||
2 |
|||
|
|