Теория поглощения и испускания света в полупроводниках - Грибковский В.П.
Скачать (прямая ссылка):
в» = 1-г^=Г' (12.24)
COJ— СО и
Чтобы определить показатель преломления и коэффициент поглощения в области металлического поглощения на
опыте, измеряется коэффициент отражения R при нормаль-
ном падении света. На основании (10.22) его можно представить как квадрат модуля комплексной отражательной способности
. (12.25)
(п + 1) — iy-
Изменение фазы волны ф(со) при отражении связано с R дисперсионным соотношением [403]
ОО
Ф И = — Р ( }°ё я (©') ¦ (12.26)
я J со — со
о
Измерение jR (со) на опыте и расчет ф(со) по формуле (12.26) позволяет решить уравнение (12.25) и определить пик, а следовательно, и коэффициент поглощения.
Сущность дифференциальной спектроскопии состоит в том, чтобы измерять ее первую или вторую производную по некоторому параметру |. Это позволяет исключить сплошной фон и необычайно заострить все детали спектральных характеристик.
Пусть, например, на фоне практически постоянного значения коэффициента отражения R0 имеется небольшой пичок или ступенька р(со):
Д(со) = Д0 + р(со). (12.27)
При непосредственном измерении R(со) тонкая структура будет едва различима. Если же взять производную от R(со) по |
_dR(со) dp (со) da
dl da dl
то величина R0 исчезает, а (12.28) может изменяться в больших пределах, в принципе от —оо до оо. Например, в обычном спектре поглощения дублета двуокиси углерода (рис. 59,
208
Рис. 59. Спектры поглощения (/), первой (2) и второй (3) производной для дублета СОг (А,=4,25 и 4,28 мкм). Кривые 2 и 3 получены с помощью дифференциального спектрометра
кривая 1) структура линии совершенно не разрешается. О наличии дублета можно только догадываться по различному наклону кривой справа и слева от максимума поглощения. На графике первой производной от к(К) по % (кривая 2) дублетная структура линии становится очевидной. Еще более нагляден график второй производной.
В качестве параметра ? в формулах типа (12.28) берутся различные внешние силы, изменяющие оптические свойства полупроводников: температура, одноосное и гидростатическое давление, электрические и магнитные поля, концентрация примесей и т. п. Производная дает скорость изменения
положения в спектре исследуемой особой точки зонной структуры, например ширины запрещенной зоны от параметра ?. Если эта производная известна из теории или из независимых опытов, то по измеренному значению dR((i))jd\ легко рассчитать структуру dp((o) Jda.
Модулирование любого оптического параметра по частоте можно осуществить с помощью частотномодулированного
света. Пусть частота света изменяется по косинусоидальному закону
со = со0 + (Асо) • cosQ^. (12.29)
Тогда диэлектрическая проницаемость будет равна
е = е (со0) -f- Ае cos Ш. (12.30)
При малых Асо из (12.29) и (12.30) находим
de/dti>=Ae/A(d. (12.31)
Если Асо = const, то измеренное на опыте значение Ае будет
пропорционально производной de/da.
Модулирование длины волны можно осуществить, з частности, механическими колебаниями входной или выходной щелей монохроматора, колебаниями зеркала монохроматора и т. п. Созданы спектральные приборы, в которых дифференцирование спектра по времени производится вычислительным устройством, а длина волны линейно изменяется во времени.
Достаточно полный обзор методов дифференциальной спектроскопии изложен в книге М. Кардоны [402] и з [404].
14. Зак. 312
Глайа III
ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
И ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ВОЗБУЖДЕНИИ
§ 13. ЭФФЕКТЫ НАСЫЩЕНИЯ В СИСТЕМАХ
с дискретными уровнями энергии
Ограниченность законов линейной оптики. Световые потоки небольшой интенсивности проходят через вещество, не изменяя его основных оптических свойств. Показатель преломления, коэффициенты отражения и поглощения не зависят от возбудающего света, а мощности поглощения и люминесценции прямо пропорциональны его интенсивности.
Вопрос об ограниченности указанных закономерностей, принципа суперпозиции и других законов линейной оптики был впервые поставлен в работах С. И. Вавилова. Он же ввел в литературу термин «нелинейные оптические явления», подразумевая под ним прежде всего нелинейную зависимость мощностей поглощения и люминесценции от интенсивности возбуждающего света.
С. И. Вавилов подчеркивал [405], что, несмотря на отсутствие экспериментальных доказательств, линейность «при распространении света в вещественной среде непременно должна нарушаться. Это вытекает из квантовых свойств света и вещества». Далее он отмечал, что «физика настолько свыклась с линейностью обыденной оптики, что до сих пор нет даже формального строгого математического аппарата для решения реальных «нелинейных» оптических задач. На практике задачи такого рода решаются не строгим аналитическим путем, а при помощи иногда очень грубых упрощений». Совместно с В. Л. Левшиным ему удалось наблюдать незначительные уменьшения коэффициента поглощения при облучении урановых стекол светом конденсированной искры. В то же время в таких красителях, как родамин, закон Бугера строго выполнялся при изменении интенсивности возбуждающего света в 1015 раз [406, 407].
Значительное просветление вещества под действием света наблюдал Льюис с сотрудниками [408]. В 1943 г. П. П. Фео-филов показал, что насыщение светом должно сопровождать-
