Оптического поглощения

Для лазерной сварки используется высококонцентрированная энергия излучения оптического квантового генератора (ОКГ). Излучение лазера обладает высокой направленностью, т. е. малым расхождением луча, которое составляет (1...3) • 1Q-3 рад.

.Световой поток от оптического квантового генератора, расширенный с помощью коллиматора, фокусируется линзой вблизи поверхности исследуемого изделия, которая расположена перпендикулярно направлению-распространения светового потока ( 5.16). Отраженный от поверхности свет вновь формируется той же самой фокусирующей линзой в сходящийся световой поток,

В отличие от индуцированного,излучения, длительность которого близка к периоду световых колебаний (примерно 10~15 с), люминесценция характеризуется весьма длительным свечением даже после того, как действие возбуждающего фактора прекратилось. Это послесвечение объясняется тем, что при люминесценции акты поглощения квантов энергии отделены во времени от актов излучения промежуточными процессами. Кроме того, при люминесценции эмиттируется некогерентное оптическое излучение с относительно широким спектром (около 10~2 мкм), в то время как индуцированное излучение оптического квантового генератора когерентно и отличается значительно более узким спектром (менее 10~5 мкм).

В отличие от индуцированного,излучения, длительность которого близка к периоду световых колебаний (примерно 10~15 с), люминесценция характеризуется весьма длительным свечением даже после того, как действие возбуждающего фактора прекратилось. Это послесвечение объясняется тем, что при люминесценции акты поглощения квантов энергии отделены во времени от актов излучения промежуточными процессами. Кроме того, при люминесценции эмиттируется некогерентное оптическое излучение с относительно широким спектром (около 10~2 мкм), в то время как индуцированное излучение оптического квантового генератора когерентно и отличается значительно более узким спектром (менее 10~5 мкм).

оптического квантового генератора, на

помощью оптического квантового прибора можно осуществлять большое число телевизионных или телефонных передач. В'излучении оп-' тического прибора достигнуты высокие концентрации энергии (до 109 вт/см3). Поэтому указанные приборы нашли применение для сварки, механической обработки весьма твердых материалов, подгонки пленочных резисторов и т. п.

В основу принципа действия оптического квантового генератора

Излучение оптического квантового генератора обусловлено индуцированными переходами, которые происходят одновременно у большого количества возбужденных частиц, и поэтому имеет большую мощность. Вынужденное излучение происходит син-фазно с индуцирующим излучением. Поэтому при индуцированном возбуждении обеспечивается фазовая когерентность и происходит сложение полей элементарных излучателей. В результате мощность результирующей волны возрастает и может достигнуть уровня межмолекулярных полей. При спонтанном излучении, представляющем собой неупорядоченный статистический процесс, когерентность отсутствует и генерируются лишь шумы.

Работы по воплощению принципов квантового усиления 'и генерации электромагнитных волн в оптическом диапазоне привели в 1960 г. к созданию первого оптического квантового генератора (ОКГ) на кристалле рубина (Т. Мейман). Через год в качестве активного вещества ОКГ был-и использованы газы и полупроводники. Квантовые приборы оптического диапазона называют лазерами (laser) в соответствии с английской фразой: light amplification by stimulated emission of radiation, что означает: усиление света с помощью вынужденного излучения.

оптического квантового генератора. — ПТЭ, 1963, № 3, с. 188—189.

Основной трудностью развития оптико-электронных приборов является сложность решения задачи селекции излучателей на фоне при пассивном методе работы. В этом отношении создание оптического квантового генератора (лазера) исключительно важно для развития оптико-электронных приборов, так как эти приборы получают возможность работать не только пассивным, но и активным методом.

Присутствующий в гидрогенизированном аморфном кремнии водород оказывает влияние не только на электрические, но и на оптические свойства материала. Одной из основных оптических характеристик кремния является коэффициент оптического поглощения и его зависимости от энергии фотонов (или длины волны) излучения. Зависимости коэффициента оптического поглощения пленок аморфного кремния, содержащего и не содержащего водород, от

8. Зависимости коэффициентов оптического поглощения пленок аморфного кремния, содержащего и не содержащего водород, от энергии фотонов излучения

при гидрогенизации аморфного кремния в результате большей энергии химических связей атомов кремния с атомами водорода по сравнению с энергией химических связей между атомами кремния. Таким образом, для излучения с энергией фотонов меньше 1,4— 1,6 эВ коэффициент оптического поглощения пленок a-Si : Н существенно ниже, чем пленок a-Si, т. е. первые более прозрачны для такого излучения.

Коэффициент оптического поглощения пленок «-Si : Н при большей энергии фотонов резко возрастает, так как эта энергия становится сравнимой с шириной запрещенной зоны материала. Следовательно, энергии оказывается достаточно для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Такой перевод электронов означает также увеличение концентрации как свободных электронов в зоне проводимости, так и дырок в валентной зоне, что ведет, как известно, к росту электропроводности материала.

Наиболее перспективные в прикладном отношении магнитооптические материалы характеризуются высокой магнитооптической добротностью тэ =-- 2QP/a (где 0/.- — удельное фарадеевское вращение, град/см; а — коэффициент оптического поглощения, см^1). Очевидно, устройство может обладать высокими параметрами только при достаточно большой добротности. Однако добротность однозначно не определяет выбор материала для конкретного применения. Существуют дополнительные требования, касающиеся предпочтительного диапазона намагниченности насыщения 4лЛ4й, температуры фазового перехода, значения и характера анизотропии и др. Большое значение имеет также выбор оптимальной толщины образца, что зависит от метода синтеза материала.

Основными параметрами, определяющими обрабатываемость материала лазерным лучом, являются полоса оптического поглощения материала и его теплофизические свойства (температура плавления и кипения, теплоемкость, теплопроводность).

Собственное поглощение. Один из основных видов оптического поглощения — собственное или фундаментальное поглощение — связан с переходом электрона из валентной зоны в зону проводимости. Такой переход возможен в том случае, если энергия поглощаемого фотона превышает или по крайней мере равна ширине запрещенной зоны: hv ^ &Е3 Как было показано в гл. 9, строение энергетических зон полупроводников может быть различным. У ряда полупроводников энергетический минимум зоны проводимости и энергетический максимум валентной зоны соответствуют одному и тому же значению квазиимпульса р или волнового

Собственное поглощение. Один из основных видов оптического поглощения — собственное или фундаментальное поглощение — связан с переходом электрона из валентной зоны в зону проводимости. Такой переход возможен в том случае, если энергия поглощаемого фотона превышает или по крайней мере равна ширине запрещенной зоны: hv ^ &Е3 Как было показано в гл. 9, строение энергетических зон полупроводников может быть различным. У ряда полупроводников энергетический минимум зоны проводимости и энергетический максимум валентной зоны соответствуют одному и тому же значению квазиимпульса р или волнового

= 600,5 К влечет за собой возрастание оптического поглощения

области примесного оптического поглощения (ftv ж 2,06-ь1,7 эВ),

4. Бурцев Е. В. К теории междузониого оптического поглощения в ква-