
- •Основы оптики
- •Глава 1. Структура твердых тел, типы связей между ионами, дефекты в кристаллах
- •Глава 2. Основы теории поля
- •Глава 3. Система уравнение Максвелла и понятие об электромагнитной волне
- •Глава 4. Волновые уравнения для электромагнитного поля как следствия из электродинамики Максвелла
- •Глава 5. Интерференция когерентных электромагнитных волн
- •Глава 11. Поляризация оптического излучения
- •Глава 12. Зависимость коэффициента отражения от угла ввода излучения в диэлектрик
- •Глава 13. Волновая и лучевая природа законов отражения и преломления света
- •Глава 14. Основы лучевой и волновой оптики диэлектрических волноводов
- •Глава 15. Уширение импульсных сигналов в процессе их распространения по стекловолокну
- •Глава 16. Физическая природа ослабления сигналов в процессе их распространения по стекловолокнам
- •Глава 17. Основы фотометрии
- •Глава 1. Структура твёрдых тел, типы связей между ионами, дефекты в кристаллах
- •Понятие об идеальном монокристалле, элементарной ячейке, кристаллографических системах, классах и группах [1, 2]
- •Типы связей мевду ионами в твёрдых телах [3]
- •Ионы и ионная связь в молекулах
- •1.4. Ионно-ковалетный тип связи в твердых телах
- •1.5. Дефекты кристаллической структуры [5]
- •Аморфные тела, изотропия и анизотропия
- •Глава 2. Основы теории поля
- •2.1. Градиент скалярной' функции [8, стр. 36]
- •2.2. Поток вектора
- •Дивергенция вектора
- •2.4. Теорема остроградского - гаусса
- •2.5. Циркулшия вектора по контуру
- •2.6. Ротор вектора
- •2.7. Теорема стокса
- •Теорема остроградского – гаусса.
- •Теорема стокса.
- •Глава 3. Система уравнений максвелла и понятие об электромагнитной волне [8, с. 99-312], [9]
- •3.1 Система уравнений Максвелла в интегральной форме и электромагнитная волна
- •3.2. Вектор пойнтинга
- •3.3. Интенсивность электромагнитной волны
- •3.4. Система уравнений максвелла в дифференциальной форме
- •3.5. Система уравнений максвелла в операторной форме
- •Глава 4. Волновые уравнения для злектромагнигного поля как следствия из электродинамики максвелла
- •4.1. Вывод волновых уравнений [8, с. 302-306]
- •4.2. Волновой фронт [8, с. 276]
- •4.2. Волновая поверхность [8, с. 276]
- •4.4. Плоская электромагнитная волна
- •4.5. Решение волнового уравнения для плоской электромагнитной волны и его анализ
- •4.6. Фаза электромагнитной волны. Временная и пространственная характеристики фазы
- •4.7. Фазовая скорость
- •4.8. Волновой вектор
- •4.9. Монохроматическая электромагнитная волна
- •Фазовая скорость.
- •5.1. Взаимосвязь абсолютного показателя преломления диэлектрика с фазовой скоростью электромагнитной волны в нем и относительной диэлектрической проницаемостью
- •5.2. Оптическая и геометрическая длина пути элетромагнитной волны в веществе [8, с. 333]
- •5.3. Когерентные электромагнитные волны
- •5.4. Линейн0-п0ляри30ванная электромарнитная волна [8, с. 428]
- •5.5. Интерференция когерентных монохроматических электромагнитных волн, распространяющихся в однородной, изотропной диэлектрической среде
- •Глава 6. Отличие реального оптического излучения от идеальной монохроматической волны
- •6.1. Механизм излучения фотонов и образование волновых пакетов электромагнитных волн
- •6.2. Групповая скорость волнового пакета
- •6.3 Взаимосвязь фазовой скорости с грунтовой
- •Взаимосвязь фазовой скорости с групповой.
- •Глава 7. Когерентность оптического излучения
- •7.1. Временная когерентность [1 с. 347-370, 10]
- •7.2. Пространственная когерентность
- •7.3. Объем когерентности
- •Глава 8. Двухлучевая и многолучевая интерференции
- •8.1. Двухлучевая интерференция, интерферометр майкельсона [10, с. 134-136]
- •8.2. Многолучевая интерференция.
- •8.3. Интерференционный светофильтр [11 с. 204]
- •Глава 9. Электронная теория дисперсии
- •9.1. Взаимодействие валентного электрона диэлектрика с воздействующей на него электромагнитной волной
- •9.2. Дифференциальное уравнение движения для валентного электрона
- •9.3. Анализ решения дифференциального уравнения
- •9.4. Анализ зависимости
- •Глава 10. Дифракция свеta
- •10.1. Суть явлений дифракции
1.5. Дефекты кристаллической структуры [5]
В природе не существует идеальных монокристаллических структур. Все реальные монокристаллы содержат дефекты, которые подразделяются на точечные, линейные, плоскостные и объемные.
1.5.1. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ
1.5.1.1. СТРУКТУРНЫЕ ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ
К структурным точечным дефектам относятся: вакансии (отсутствие иона в узле структуры - рис. 1.16), дефекты внедрения (ион структуры, перешедшей в междоузлие (рис. 1.17), или чужеродный ион в междоузлии); дефекты замещения (чужеродный ион в узле структуры, рис. 1.17).
Рисунок 1.16
1.5.1.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ
Электронные дефекты бывают 4-х основных типов: 1) свободные электроны в междоузлиях структуры (в зоне проводимости) и дырки в узлах (в валентной зоне) - рис. 1.18; 2) примесные центры захвата электронов-акцепторов; 3) экситоны - слабо связанные пары "электрон-дырка", блуждающие по кристаллу; 4) доноры.
Рисунок 1.17
1.5.1.3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРНЫХ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ С ЭЛЕКТРОННЫМИ
Пусть в структуру CdS введён дефект замещения типа In 3+. Поскольку ближайшее окружение замещенного иона требует на связь только 2 электрона, 3-й электрон, который отдает ион индия, окажется свободным и перейдет в междоузлие (в зону проводимости) (рис. 1.19). Дефекты типа In 3+ в структуре CdS называют донорами.
Если ион Cd 2+ заменить на одновалентный ион, например Ag 1+ (рис. 1.20), ближайшему окружению этого иона будет требоваться для устойчивой связи еще 1 электрон, который этим узлом обычно захватывается из зоны проводимости. Такие узлы структуры, обычно называют центрами захвата электронов, а примеси типа Ag 1+ носят название акцепторов.
Введение любой примеси типа «дефект внедрения» в виде основного иона структуры или чужеродного, приводит к образованию свободных электронов в междоузлиях.
Рисунок 1.18
Рисунок 1.19
Рисунок 1.20
1.5.1.4 . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ
Ионы в узлах
структуры, как и в молекулах [3] находятся
в состоянии непрерывного колебательного
процесса, который можно себе представить
в виде суперпозиции колебаний в трех
взаимно-перпендикулярных направлениях
по осям
с частотами
.
Дефекты такого типа обычно называют
фононами.
Согласно квантовой теории теплоемкости
[6],
энергия
фононов
квантуется и определяется характеристической
температурой Дебая (
):
,
где
- постоянная Планка,
- постоянная
Больцмана.
Для кварцевых
стекловолокон
4950
К и, следовательно, частоты
колебаний фононов имеют величину порядка
1013 Гц.
1.5.2. ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ
К линейным дефектам обычно относятся краевые ДИСЛОКАЦИИ (обрыв ионной плоскости в кристалле) и винтовые дислокации (изгиб ионной плоскости).
1.5.3. ПЛОСКОСТНЫЕ ДЕФЕКТЫ
К плоскостным дефектам относятся: поверхность монокристалла, границы монокристаллических сросшихся двойников, границы блоков внутри монокристалла. Любой тип поверхностного дефекта приводит к искажению электронных связей между ионами или их обрыву (на границе "поверхность-воздух").
1.5.4. ОБЪЁМНЫЕ ДЕФЕКТЫ
Точечные, линейные и плоскостные дефекты часто являются неизбежным следствием процесса роста монокристаллов. Их влияние можно ослабить путем совершенствования технологии. Объёмные дефекты: поры, трещины, инородные макроскопические включения в структуру совершенно недопустимы в производстве материалов для ВОЛС (особенно стекловолокон). Например, воздушный пузырь, соизмеримый с диаметром центральной части стекловолокна, действует как рассеивающая линза и способен 90% энергии волны перевести в оболочку. Поэтому стекловолокна проходят жесткий контроль на отсутствие макроскопических дефектов.