Баллистическая



жүктеу 8.2 Mb.
бет67/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   63   64   65   66   67   68   69   70   ...   99

Нелинейный фотоэффект

Вот уже более пятнадцати лет развивается новое научно-техническое направление, связанное с умножением оптических частот (применяется также термин "генерация оптических гармоник": второй гармоники, третьей, четвёртой и т.д. - в зависимости от того, во сколько раз умножается частота исходного лазерного излучения).



Л.В. Тарасов, "Что такое нелинейная оптика" [143]
Другая важная разновидность фотоэффекта – нелинейный фотоэффект, чаще называемый ошибочно многофотонным. Суть его в том, что мощное лазерное излучение частоты f выбивает электроны с энергией уже не hf, а удвоенной и кратной энергии: E=nhf, где n – целое [74]. Это принято объяснять тем, что в лазерном излучении плотность потока света столь высока, что электрон порой поглощает сразу несколько фотонов, забирая их энергию, потому эффект и называют многофотонным. И всё же он легко объясним в рамках волновой оптики. Металл под действием лазерного излучения генерирует за счёт нелинейных эффектов излучение удвоенной и других кратных частот. Вторичное излучение и выбивает электроны из металла. В отличие от принятого многофотонного объяснения это позволяет понять, почему нелинейный фотоэффект вызывает опять же лишь нормальная к металлу компонента поля волны. То есть нелинейный фотоэффект, подобно селективному, чувствителен к поляризации света (§ 4.4.). Это означает, что и здесь свет вырывает электроны не с поверхности, а из толщи металла, проникая вглубь.

Как раз тот факт, что какую-то роль играет поляризация излучения, направление колебаний поля, доказывает, что нелинейный, а значит и простой (линейный) фотоэффект связан с волновыми свойствами света [74]. Об этом говорит и тот факт, что явление наблюдается только в пучке сверхмощного лазерного излучения, когда в среде возникают нелинейные эффекты и колебания. А раз дело в волнах, колебаниях, то фотоны уже не к месту.

Дело в том, что некоторые среды в свете лазерного луча генерируют излучение с удвоенной, утроенной и вообще кратной частотой. Этот нелинейный эффект, имеющий чисто волновое объяснение, называют умножением оптических частот или генерацией оптических гармоник [143, с. 110]. Так, инфракрасный луч, упав на кристалл ниобата лития, выходит из него уже зелёным. Очевидно, то же происходит и в нелинейном фотоэффекте – луч, упав на границу полупроводника или металла, рождает излучение удвоенной и кратной частоты nf. Это вторичное излучение и выбивает электроны кратных энергий hnf (Рис. 155). Нелинейный и селективный фотоэффекты потому и зависят от ориентации света, что электроны выбивает вторичное, преобразованное средой излучение. В селективном фотоэффекте резонанс атомов вещества избирательно усиливает пропускание света в определённом диапазоне, наращивая фототок для данной частоты. Итак, фотоэффект легко объясним в рамках волновой теории света, и фотоны с квантами здесь излишни.

Рис. 155. Нелинейный фотоэффект.

Вообще нелинейные эффекты в оптике сейчас любят сводить к квантовым. Так, генерацию второй гармоники в нелинейной среде (чисто волновое явление) теперь зачем-то объясняют сложением двух фотонов в один, но с удвоенной энергией. Никто не наблюдал такого сложения фотонов в свободном пространстве: для него всегда почему-то требуется вещество, среда, а значит не в фотонах дело. То же касается двух- и многофотонного поглощения, нелинейного фотоэффекта, где реально происходит не захват многих фотонов, а поглощение излучения кратной частоты, сгенерированного средой под напором лазерного света. Таким образом, следуя принципу Оккама, не стоит умножать сущностей сверх необходимого. Раз для объяснения фотоэффекта, включая селективный и нелинейный, вполне достаточно классической волновой теории, то ни к чему придумывать кванты света и фотоны, противоречащие ряду особенностей фотоэффекта. Зачем огород городить, квантовать, раз и без этого всё вполне понятно? Если бы причина была в поглощении электроном нескольких фотонов, то нелинейный фотоэффект интенсивней всего шёл бы на поверхности металла, где интенсивность света и пропорциональная ей вероятность многофотонных процессов выше. А на деле, как показывает чувствительность фотоэффекта к поляризации излучения, свет вырывает электроны из толщи металла, подтверждая волновую природу фотоэффекта.

Тот факт, что для нелинейного фотоэффекта существует зависимость величины фототока от направления поляризации падающего света, объясняется так же, как в селективном фотоэффекте (§ 4.4.). Раз преобразование излучения во вторую гармонику – обычный нелинейный волновой эффект, протекающий в веществе (любое вещество в сильных лазерных полях становится нелинейной средой), то излучение должно прежде проникнуть среды. А это, как видели, возможно лишь для света с продольной поляризацией, проникающего в толщу металла и выбивая электроны уже не только с поверхности. Действительно, свет высокой интенсивности, вопреки затуханию, может сравнительно глубоко проникать в металл. Интенсивный свет, прошедший вглубь металла, и создаёт нелинейные эффекты. Удвоение частоты может происходить как в объёме металла, так и в отдельных его кристаллах, ориентированных случайным образом, в том числе таким, который обеспечивает выполнение условия синхронизма и эффективное преобразование первой гармоники во вторую. Итак, прозрачность металла – вещь относительная. Вдобавок в сильных лазерных полях за счёт эффекта просветления среды даже непрозрачная среда может стать отчасти прозрачной. Именно это позволило создать полупроводниковые лазеры, хотя полупроводники непрозрачны для света и во многом сходны по свойствам с металлами, что, как полагали, делает их непригодными в качестве активной среды лазера. Таким образом, фотоэффект, часто называемый многофотонным, гораздо правильней называть нелинейным, как у Ландсберга [74]. Нелинейный фотоэффект - это чисто волновое явление, относящееся к нелинейной оптике.





    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   63   64   65   66   67   68   69   70   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет