Фізика напівпровідників (стр. 10 из 25)

В деяких кристалах один з променів поглинається сильніше іншого. Це явище називається дихроїзмом. Так, наприклад, в кристалі турмаліну звичайний промінь на довжині 1 мм поглинається практично повністю. Таку ж властивість має поляроїд-целулоїдна плівка, в яку введена велика кількість однаково орієнтованих кристалів сульфату йодистого хініну.

3. Інтерференція поляризованих променів. Штучна оптична анізотропія

Звичайна і незвичайна хвилі, які поширюються в одноосному кристалі при падінні на нього природного світла, – некогерентні. Якщо ж на одноосний кристал падає лінійнополяризоване світло, то звичайна і незвичайна хвилі в кристалі будуть когерентні. Ці хвилі мають попарно когерентні складові кожного з цугів хвиль, які проходять через поляризатор. Інтерференція поляризованих променів має практичне застосування. Нехай плоскопаралельна пластинка, яка вирізана з одноосного кристалу паралельно його оптичній осі, знаходиться між двома ніколями (мал.5.19). На виході з пластинки між звичайною і незвичайною хвилями виникає різниця фаз

. (5.41)

Хоча ці хвилі після пластинки – когерентні, однак вони не можуть давати інтерференцію через те, що вони поляризовані у взаємно перпендикулярних площинах. Для спостереження інтерфере-нції цих хвиль необхідно за допомогою аналізатора виді- лити з них складові, які поляризовані в одній площині і тому здатні давати інтерферен-

цію.

Інтерференційна картина після аналізатора залежить від різниці фаз

довжини хвилі падаючого світла, від кута між його площиною поляризації і оптичною віссю пластини, а також від взаємної орієнтації площин поляризації поляризатора і аналізатора.

Інтерференцію поляризованих променів спостерігають при штучній анізотропії, яка може бути зумовлена деформацією або електричним полем.

Зеебек і Брюстер (1816) відкрили явище фотопружності, яке полягає в тому, що оптично ізотропне тверде тіло під впливом механічної деформації стає оптично анізотропним (тіло набуває властивостей одноосного кристалу вісь якого направлена вздовж напрямку стиску або розтягу). Різниця показників заломлення

де –нормальна напруга. Таким чином, помістивши деформоване тіло між поляризатором і аналізатором можна спостерігати інтерференційну картину. По вигляду інтерференційних смуг можна судити про розподіл напруг в досліджуваному тілі ( кожна ізохромата проходить через точки, в яких однакові). Оптичний метод вивчення на прозорих моделях розподілу внутрішніх напруг в деталях і конструкціях широко використовується в сучасній техніці і будівництві.

Штучна анізотропія, викликана електричним полем, була відкрита Кером (1875) і носить назву ефекту Кера. Схема його спостереження зображена на мал.5.20, де П і А – поляризатор і схрещений з ним аналізатор, К – комірка Кера (кювета з рідиною і плоским конденсатором). Під дією однорідного електричного поля ізотропна рідина набуває властивостей одноосного кристалу. При цьому

(5.42)

де

–довжина хвилі світла у вакуумі, В – стала Кера, Е – напруженість електричного поля.

Анізотропія пояснюється тим, що рідина в електричному полі поляризується і набуває анізотропних властивостей. Орієнтація і дезорієнтація молекул відбувається на протязі

секунди, тому при вимиканні електричного поля практично миттєво зникає світло після аналізатора, тобто комірка Кера працює як безінерційний світловий перемикач.

4. Обертання площини поляризації

При проходженні лінійно-поляризованого світла через оптично активні речовини (кварц, розчин цукру) площина поляризації світла обертається навколо напрямку поширення променя. Кут повороту

пропорційний шляху , пройденому променем в речовині:

(5.43)

Коефіцієнт

називають постійною обертання.

В розчинах кут повороту площини поляризації пропорційний шляху променя в розчині

і концентрації розчину С:

(5.44)

де

– питома постійна обертання.

Залежність (5.44) використовується для вимірювання невідомої концентрації

за відомою концентрацією розчину

(5.45)

де

– кут повороту для невідомої концентрації, – кут повороту для відомої концентрації.

Явище оптичної активності покладене в основу роботи цукрометрів – приладів для вимірювання концентрації розчинів.

§ 5.6. Квантова природа випромінювання. Теплове випромінювання

Нагріті тіла випромінюють електромагнітні хвилі. Це відбувається внаслідок перетворення енергії теплового руху молекул тіла в енергію випромінювання. Теплове випромінювання знаходиться в рівновазі з випромінюючим тілом, тобто розподіл енергії між тілом і випромінюванням лишається незмінним для кожної довжини хвилі. Таке випромінювання називається рівноважним.

Розглянемо закони теплового випромінювання. Введемо випромінювальну здатність

– кількість енергії, яка випромінюється одиницею площі поверхні тіла за одиницю часу в одиничному інтервалі частот. Енергетична світність, або інтегральна випромінювальна здатність – це кількість енергії, яка випромінюється одиницею площі за одиницю часу у всьому спектральному діапазоні, тобто

(5.46)

Поглинальна здатність

визначає долю енергії падаючих електромагнітних хвиль за одиницю часу на одиницю площі поверхні тіла в діапазоні частот від до яка поглинається тілом:

(5.47)

Тіло називається абсолютно чорним, якщо воно при будь-якій температурі повністю поглинає всі падаючі на нього електромагнітні хвилі:

. (5.48)

Для довільної частоти і температури відношення випромінювальної здатності тіла до його поглинальної здатності однакове для всіх тіл і дорівнює випромінювальній здатності

абсолютно чорного тіла:

. (5.49)

Це є закон Кірхгофа в диференціальній формі.

Інтегральна випромінювальна здатність

абсолютно чорного тіла:

(5.50)

Планк у 1900р. на основі квантових уявлень про випромінювання отримав аналітичний вираз

Згідно Планку енергія кванта випромінювання пропорційна частоті:

(5.51)

де

– стала Планка.

В результаті,

(5.52)

На мал.5.21 зображена залежність спектральної випромінювальної здат-ності абсолютно чорного тіла для різних температур. Площа під кривою

визначає інтегральну випромінювальну здатність абсолютно чорного тіла.