1. h ν = Em - En, где h — постоянная Планка, Em и En — конечный и начальный энергетич. уровни.

Преломлением света называется изменение направления распространения света (световых лучей) при прохождении через границу раздела двух различных прозрачных сред. Оно описывается законом Снеллиуса:

 Дифра́кция во́лн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн (огибание волной препятствия) Интерференция волн — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве. Теплово́е излуче́ние или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней

Световые величины обозначаются аналогично энергетическим величинам, но без индекса.

- световой поток  - сила света  - освещенность  - светимость  - яркость

Электроны, ионы, молекулы и другие заряженные частицы, реагирующие на внешнее электрическое поле, смещаясь, образуют различные электрические диполи. Возникает эффект, направленный на уменьшение напряженности внешнего электрического поля. Этот эффект можно описать с помощью понятия о диэлектрической проницаемости вещества, В случае света на быстро меняющееся электрическое поле реагируют главным образом электроны, образуя электрические диполи, вследствие чего возникает преломление.

Связь между диэлектрической проницаемостью ε и коэффициентом преломления n имеет вид: ε = ε₀ n², где ε₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума.

При нормальном падении света из среды с коэффициентом преломления n1 в среду с коэффициентом преломления n2 (рис. 1,8) доля отраженного света R (доля отраж. света к падающ.) выражается следующей зависимостью: R= (n2 – n1)²/(n2 + n1)²

2. Определение и физические основы квантовой электроники. Основные классы квантовых электронных приборов (по принципу действия).

КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА область электроники, охватывающая изучение и разработку методов и средств усиления и генерации эл.-магн. колебаний на основе эффекта вынужденного излучения атомов, молекул и твёрдых тел.

В КЭ. имеют дело со связанными эл-нами, входящими в состав ат. систем: атомов, молекул, кристаллов. Согласно законам квантовой механики, эл-ны в атоме и, следовательно, ат. система в целом могут находиться только в определённых энергетич. состояниях, характеризуемых дискретным рядом значений энергии E0, E1, E2 , наз. энергетическими уровнями. Изменение внутр. энергии ат. системы сопровождается квантовым переходом эл-на с одного энергетич. уровня на другой. При этом система излучает или поглощает порцию эл.-магн. энергии — квант — с частотой ν и энергией: h ν = Em - En, где h — постоянная Планка, Em и En — конечный и начальный энергетич. уровни.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР, устройство для генерирования эл.-магн. волн с помощью эффекта вынужденного излучения фотонов микрочастицами (молекулами, атомами, ионами, эл-нами). К. г. состоит из квантового усилителя и системы положит, обратной связи. Квантовые приборы, работающие в разл. диапазонах длин волн, имеют спец. наименования: КГ СВЧ (так же как и квантовые усилители этого диапазона) наз. мазерами; КГ длинноволнового ИК излучения — иразерами; ближнего ИК и видимого излучения — лазерами; УФ излучения — УФ лазерами; рентгеновского излучения— разерами; у-излучения — у-лазерами.

КВАНТОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, устройство для усиления эл.-магн. волн СВЧ или оптич. диапазона за счёт эффекта вынужденного излучения возбуждённых атомов, молекул или ионов. В КУ усиливаемая (первичная) эл.-магн. волна, распространяясь в активной среде, вызывает в ней вынужденное испускание квантов излучения, тождественных по частоте, фазе, направлению распространения и характеру поляризации с первичной волной. В линейном режиме, т. е. до достижения насыщения, интенсивность I излучения на выходе К. у. выражается формулой: I=Io*exp((α – β) *z), где Io — интенсивность излучения на входе К. у., β — потери в активной среде, α — коэф. усиления активной среды, z — длина активной среды. Усиление можно увеличить заставив волну многократно проходить через активную среду. Для этого активную среду помещают в объёмные резонатор.

3. Определение и физические основы оптоэлектроники. Основные классы оптоэлектронных приборов (по принципу действия).

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА, раздел электроники, охватывающий использование эффектов взаимодействия эл.-магн. волн оптич. диапазона (3*10¹¹—3*10¹⁷ Гц или 10^-3 – 10^-9 м) с электронами в веществах (гл. обр. в твёрдых телах) и методы создания оптоэлектронных приборов и устройств, использующих эти эффекты для генерации, передачи, хранения, обработки и отображения информации.

В ОЭ практически освоенный диапазон эл.-магн. волн лежит в пределах 0,2—20 мкм. Однако большинство совр. оптоэлектронных приборов и устр-в работает в диапазоне длин волн 0,5— 1,5 мкм.

Работа таких приборов и устр-в основана на использовании: разл. видов люминесценции (электро-, катодо-, фотолюминесценции); электро-, магнито- и акусто-оптических эффектов; фотоэлектрических явлений (напр., фотоэлектрич. эффекта); явл-ий распространения оптич. изл-я в изотропных и анизотропных средах.

Достоинства ОЭ по сравнению с вакуумной или полупроводниковой электроникой определяются преимуществами использования оптич. излучения в приборах и устр-вах, предназначенных для передачи, хранения, обработки и отображения информации. Эти преимущества обусловлены:электрич. нейтральностью квантов оптич. излучения — фотонов;высокой частотой световых колебаний (до 10¹⁵ Гц) и соответственно малым значением длины волны оптич. излучения (в основном до 1 мкм); малой расходимостью светового луча (-1’) и возможностью его достаточно острой фокусировки.

Как отд. устр-ва, так и сложные многоканальные системы ОЭ. создаются из отд. элементов. Осн. оптоэлектронными элементами являются: источники когерентного (в основном полупроводниковые лазеры) и некогерентного (гл. обр. светодиоды) оптич. излучения; оптич. среды (активные и пассивные); приёмники оптич. излучения (напр., фотодиоды, фототранзисторь, фоторезисторы),оптические элементы (напр., линзы, призмы, зеркала, поляризаторы), волоконно-оптические элементы (напр., жгуты, фоконы (фокусир-й конус), селфоки (самофокс-ся волокно)) интегрально-оптические элементы (напр., интегрально-оптич. зеркала, фильтры).

По функциональному назначению можно выделить неск. групп приборов и устр-в ОЭ.

Для управления направлением распространения оптич. излучения (светового пучка) в пространстве используют дефлекторы.

Управление параметрами оптич, излучения (амплитудой, фазой, поляризацией) осуществляется с помощью модуляторов, а пространственно-временная модуляция потока оптич. излучения — пространственно-временных модуляторов света.

Разл. классы индикаторов (напр., полупроводниковые, газоразрядные, на жидких кристаллах, вакуумные люминецентные), действие к-рых основано на использовании либо люминесценции, либо электрооптич. эффектов, служат для визуального отображения информации. Наиболее совершенными индикаторами являются плоские дисплеи.

Преобразование оптич. изображения в адекватную последовательность видеоимпульсов осуществляется многоэлементными фотоприёмниками.

Связь между отд. частями электронных устр-в, при к-рой обеспечивается полная гальванич, развязка между ними (оптич. связь), осуществляется с помощью оптронов, состоящих из источника оптич. излучения и фотоприёмника.

Для передачи информации используют волоконно-оптические линии связи, действие к-рых основано на передаче энергии оптич, излучения (информдц. оптич. сигналов) по волоконным световодам.

Преобразование разл. физ. параметров с целью их измерения осуществляется волоконно-оптическими датчиками, действие к-рых основано на изменении условий прохождения оптич. излучения через оптич, чувствит, элемент при воздействии на него контролируемого параметра.

Для оптической обработки информации применяют оптические процессоры. Оптическая запись информации основана на изменении параметров оптической запоминающей среды (напр., коэф. отражения или пропускания) при воздействии на нее опгич. излучения; обеспечивает высокую плотность записи информации (до 10⁹ бит/см²).

5, Специфические особенности лазерного излучения. Методы управления параметрами лазерного излучения. Лазерное излучение и его особенности

Лазерное излучение - электромагнитное излучение, генерируемое в диапазоне волн 0,2-1000 мкм, это особое явление, которое открыло очень много новых возможностей в науке и технике. Этот диапазон делится на следующие области спектра в соответствии с биологическим действием лазерного луча:

• 0,2-0,4 мкм - ультрафиолетовая область,

• 0,4-0,75 - видимая,

• 0,75-1,4 мкм - ближняя инфракрасная,

• свыше 1,4 мкм - дальняя инфракрасная область.

Отличие лазерного излучения от других видов излучения заключается в монохроматичности, когерентности и высокой степени направленности.

При оценке биологического действия следует различать прямое, отраженное и рассеянное лазерное излучение.

Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия лазерного излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Лазерное излучение с длиной волны 380…1400 нм представляет наибольшую опасности для сетчатки глаза, а излучение с длиной волны 180…380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза. Особенностями лазерных излучений являются монохроматичность излучения (строго одной длины), когерентность излучения (все источники излучения испускают электромагнитные волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение). Эти свойства позволяют с помощью лазера на сравнительно малой площади получать исключительно большие плотности энергии. Именно благодаря этому лазеры используются для обработки материалов - резание, сверление отверстий в металлах, сверхтвердых материалах, кристаллах, пайка, точечная сварка и др.

Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области.

6. Основные физические эффекты, используемые в оптоэлектронике Оптоэлектроника - раздел электроники, охватывающий эффекты взаимодействия оптического излучения с электронами в веществах (главным образом в твердых телах) и методы создания приборов и устройств, использующих эти эффекты для получения, преобразования, передачи, хранения и отображения информации

Оптоэлектронный прибор - это элемент или узел, применяемый в оптоэлектронике для преобразования оптического излучения в электрические сигналы и наоборот. Оптоэлектронные приборы делятся на источники оптического излучения и приемники оптического излучения (фотоприемники).

                Основные эффекты оптоэлектроники:

 -фотопроводимость или внутренний фотоэффект - это увеличение электропроводности полупроводника или изолятора под  действием света. Основной прибор, работающий на изменении фотопроводимости - фоторезистор, быстродействие которого ниже, чем у других оптоэлектронных приборов и зависит от области спектра;

-фотогальванический эффект - если светом облучать электрод вакуумной лампы, то

возникнет эмиссия электронов. Это явление называется фотоэффектом. Если же осветить поверхность перехода в полупроводнике, то появится ЭДС. Это явление   называется фотогальваническим эффектом и связано с тем, что в полупроводнике при поглощении фотонов образуются пары электрон-дырка, которые преодолевают потенциальный барьер в месте перехода. В результате возникает ЭДС.;

 -нелинейные оптические эффекты - это нелинейные отклики на мощное оптическое излучение. К ним относятся эффект Рамана и эффект Бриллюэна. Эффектом Рамана называют рассеяние монохроматического излучения (излучения одной длины волны) в веществе, при котором в спектре рассеянного света появляются новые, характерные для данного вещества линии, отличающиеся от спектральной линии источника. Эффект Бриллюэна - это рассеяние, возникающее в результате взаимодействия акустического фонона с оптическим излучением со смещением линий на частоту фонона. Вынужденный эффект Бриллюэна возникает под действием сильно интенсивных световых пучков возбуждающего света.   –магнитооптический эффект - это изменение оптических свойств (отражение, пропускание, поляризация и др.) вещества в зависимости от его намагниченности или от приложенногок нему магнитного поля. Наиболее известные из магнитооптических эффектов - эффект Фарадея (вращение плоскости поляризации света в среде, которая находится в магнитном поле) ;  -электрооптический эффект - эффект Поккельса (изменение коэффициента преломления пропорционально приложенному электрическому полю - нелинейное явление второго порядка) и эффект Керра (изменение коэффициента     преломления, пропорциональное квадрату приложенного электрического поля - нелинейное явление третьего порядка); -акустооптический эффект - это явления преломления, дифракции, отражения или рассеяния света на периодических неоднородностях среды, вызванных упругими деформациями при прохождении ультразвука. Акустооптические эффекты бывают двух видов: при низкой частоте ультразвука и малой ширине фронта ультразвуковой волны возникает дифракция Рамана - Ната. А если частота ультразвука высокая и ширина фронта велика, возникает дифракция Брэгга;-вынужденное излучение света - излучение света может происходить двумя способами. При первом способе электроны в атоме, находящиеся на энергетическом уровне Е2, без постороннего вмешательства переходят на более низкий энергетический уровень Е1, испустив при этом квант света (так называемое споонтанное излучение).  При втором способе электроны, находящиеся на уровне Е2 подвергаются воздействию света с определенной длиной волны, пори этом атом испускает свет, по длине волны и фазе полностью соответствующий воздействию.  Это и есть вынужденное или индуцированное излучение;-люминесценция - это явление, при котором вещество, поглощая энергию света или какого-либо другого излучения (либо под воздействием различных химических реакций) переходит в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в исходное состояние, излучает полученную энергию в виде света. Кратковременное люминесцентное излучение, прекращающееся почти сразу с окончанием возбуждения называется флюорисценцией, а длительное, продолжающееся и после окончания возбуждения, - фосфоресценция.