Физические эффекты и явления

Неизвестен 3 Автор

3. А.Н.Зайдин, Основы спектрального анализа,

М., 1965.

4. Квантовая электроника, М., "Советская

энциклопедия", 1969.

5. Б.Ф.Федоров, Оптические квантовые генераторы,

М., 1966.

6. Чернышов и др., "Лазеры в системах связи",

М., 1966.

7. В.В.Козелкин, И.Ф.Усольцев, Основы инфракрасной

техники, М.,"машиностроение", 1974.

8. Б.Лендьел, Лазеры, пер.с англ.,М.,1964.

9. А.с. 239423, 239694, 209638, 208328, 208329,

109939, 167072.

США патенты 3826576,3820897, 3826575, 3588253,

3588439, 3825347, 3588255.

14. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОХИМЕЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ.

14.1.1. Фотоэффект.

Явление внешнего фотоэффекта состоит в испускании (эмиссии) электронов с поверхности тела под действием света; для этого

явления эксперементально установленные зависимости обьединяются квантовой теорией света. Свет есть поток квантов; кванты света, попадая в вещество, поглощабтся им; избыточная энергия передается электронами, которые получают возможность покинуть это вещество - конечно, если энергия кванта больше, чем работы выхода электрона (см."Электронная эмиссия"). Заметим, что квантовый характер света проявляющийся в явлении фотоэффекта, не следует понимать как отрицание волновых свойств света; свет есть и поток квантов, и электромагнитная волна просто в зависимости от конкретного явления проявляются или квантовые, или волновые свойства. На основе внешнего фотоэффекта создан ряд фотоэлектронных приборов (фотоэлементы различного назначения, фотокатоды, фотоумножители и т.д.). Внешний фотоэффект играет большую роль в развитии электрических зарядов; фотоэффект в газах определяет распространение электрического заряда в газах при больших давлениях обуславливая высокую скорость распространения стримерной формы разряда (искры, молнии) (1-4).

А.с. 488 718: Способ спектрометрии оптического излучения, отличающийся тем, что с целью упрощения спектральных работ, спектральный состав излучения определяют по кинетическим энергиям фотоэлектронов генерируемых при фотомонизации атомов и молекул.

Кроме внешнего фотоэффекта, существует внутренний фотоэффект. Квант света, проникая внутрь вещества, выбивает электрон переводя его из связанного состояния (в атоме) свободное - таким образом, при облучении полупроводников и диэлектриков из-за фотоэффекта внутри кристаллов появляются свободные носители, тока, что существенно изменяет электропроводность вещества. На основе внутреннего фотоэффекта созданы различного рода фоторезисторы-элементы, сильно изменяющие свое сопротивление под действием света (5,6).

А.с. 309339: Устройство для управления световым лучом, выполненное ввиде конденсатора между электродами которого заключен слой вещества изменяющего прозрачность под действием электрического поля, отличающееся тем, что с целью уменьшения габаритов, один из электродов конденсатора связанный с источником управляющей электродвижущей силы выполнен из материала, обладающего эффектом возникновения фотоэлектродвижущей силы.

А.с. 508828: Пьезоэлектрический преобразователь с оптическим управленим, содержащий фоторезисторный слой, светопровод и металлический электрод, отличающееся тем, что с целью расширения частотного диавпазона в облать низких мегагерцевых и высоких килогерцевых частот, он выполнен ввиде пьезокерамической платины, на одну сторону которой нанесен металлический электрод, а на противоположную - фоторезисторный слой и прозрачный электрод, являющийся одновременно светопроводом.

Разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект - появление э.д.с. в месте контакта двух полупроводников (или полупроводника и металла). Основное применение вентильных фотоэлементов - индикация электромагнитного излучения.

На основе вентильного фотоэффекта работают также солнечные батареи. Одним из приборов работающих на вентильном фотоэффекте, является фотодиод, обладающий многими преимуществами по сравнению с обычными фотоэлементами (7).

А.с. 475719: Устройство для регулирования напряжения электромагнитных генераторов содержащее датчик тока, ввиде шунта в цепи его нагрузки и импульсный транзисторный усилитель, ко входу которого подключены последовательно стабилизаторон с ограничивающим резистором и формирователь пилообразного напряжения, к выходу обмотка возбуждения генератора, отличающееся тем, что с целью повышения надежности и точности регулирования параллельно упомянутому шунту включен светодиод одноэлектронной пары, фотодиод который через цепь подпитки подключен параллельно огрничивающему резистору.

14.1.2. Эффект Дембера (фотодиффузный эффект).

Внесобственных полупроводниках коэффициенты диффузий носителей тока (электронов

и дырок) различные. Таким образом, если какой-то части проводника фотоактивное освещение создает одинаковое число электронов и дырок, то диффузия этих носителей будет происходить с разной скоростью, в результате чего в кристалле возникает э.д.с. (1).

14.1.3. Фотопьезоэлектрический эффект.

Обеспечить различие подвижности фотоэлектронов и фотодырок в полупроводнике можно каким-либо внешним воздействием. Так, при одностороннем сжатии освещенного полупроводника на грани кристалла, перпендикулярно направлению сжатия, возникает э.д.с., знак которой зависит от направления сжатия и направления светового потока, а величина пропорциональна давлению и интенсивности света. Эффект возникает из-за того, что подвижности разноименных носителей тока, обусловленных внутренним фотоэффектом, при упругой деформации кристалла становятся не одинаковыми по отношению к различным направлениям (3).

14.1.4. Эффект Кикоина-Носкова (фотомагнитный эффект).

Суть эффекта состоит в возникновении электрическго поля в полупроводнике при перемещении его в магнитное поле и одновременном освещении светом, в составе которого имеются сектральные линии, сильно поглощаемые полупроводником. При этом возникшее электрическое поле перпендикулярно магнитному полю и направлению светового потока. Величина света магнитной э.д.с. пропорциональна магнитной индукции и интенсивности светового потока. Эта пропорциональность нарушается при брльших освещенностях, когда происходят "насыщения". Механизм эффекта таков:

В результате внутреннего фотоэффекта вблизи освещенной поверхности полупроводника в избытке образуются электроны и дырки, которые диффудируют вглубь кристалла. Продольный диффузионный ток под действием поперечного магнитного поля отклоняется и расщепляется, что приводит к возникновению поперечной э.д.с.

14.2. Фотохимические явления.

Виды воздействия светового излучения на вещество весьма разнообразны. В частности, под действием света могут происходить реакции химических превращений веществ (фотохимическая реакция). Одни из этих реакций приводя к образованию сложных молекул из простых (например, образование хлористого водорода при освещении смеси водорода и хлора), другие - к разложению молекул на составные части (например, фотохимеческое разложение бромистого серебра с выделением металлического серебра и брома), в результате третьих молекула не изменяет своего состава, изменяется лишь ее пространственная конфигурация, приводящая к изменению ее свойств (возникают тереоизомеры).

Фотохимические процессы вызываются только поглащаемым светом, действующим на движение валентных электронов в атомах и молекулах. В основе таких процессов лежит явление фотоэффекта.

Многие фотохимические превращения идут в два этапа. Первичный процесс характеризуется изменением молекулы под действием поглощенного ею кванта света - это собственно фотохимическая реакция. Во всех вторичных процессах мы имеем дело с сугубо химическими реакциями продуктов первичных реакций. Так при образовании хлористого водорода первичным является лишь расщепление молекулы хлора, поглотившей квант света, на атомарный хлор, который далее через день вторичных химических реакций приводит к образованию конечного продукта. Для первичных процессов справедлив закон эквивалентности. Каждому поглощенному кванту света соответствует превращение одной поглотившей свет молекулы. В общем случае количество химически прореагировавшего вещества пропорционально поглощенному световому потоку и времени его воздействия. Величина коэффициента пропорциональности определяется природой вторичных процессов.

Фотохимическую реакцию может вызвать лишь излучение, энергия кванта которого больше энергии активации молекулы. Этим обьясняется повышение фотохимеческой активности ультрафиолетового излучения.

Следует отметить, что фотохимеческими процессами обьясняются многие природные явления, такие как синтез углеводов листьв в листьях растений или чувствительность глаза к световому излучению.

Фотохимическая реакция разложения бромистого серебра (и других его коллоидных солей) использована для получения фотографических изображений. Изображение представляет собой локальные почернения фотоматериала из-за выделившихся под действием отраженного от обьекта света частичек серебра.