Программа. ( методическое пособие для курсовых и лабораторных работ)

(методическое пособие для курсовых и лабораторных работ)

 

Реальное оптическое излучение физического тела пред­ставляет собой суперпозицию (наложение) электромагнит­ных волн, излучаемых большим числом возбужденных ато­мов. Если каждый атом излучает независимо от остальных так, что значение частоты (ν) и начальная фаза (φ_o) колебаний, а также направления поляризации различны для всех излучающих атомов, то имеет место некогерентное излучение. Оно является хаоти­ческим, многочастотным и характеризуется только интен­сивностью (амплитудой), не имеет строгой направленности.

Если же колебания всех излучающих атомов протека­ют согласованно во времени, т. е. значения параметров ν;, φ_o и направления поляризации для всех атомов одинако­вы, то имеет место когерентное излучение.

В современной оптоэлектронике источниками когерент­ного излучения являются только лазеры. Лазерное излучение имеет высокую направленность, строго фиксированную частоту колебаний, высокую монохроматичность.

В полупроводниках предварительно за счет энергии внешнего воздействия (так называемой накачки) часть электронов с нижних равновесных уровней Е₁ переходит на более вы­сокие уровни возбуждения Е₂. Возвращение этих электронов с уровня Е₂ на уровень Е₁ сопровождается испусканием фотонов с дли­ной волны

(1)

где E_з – ширина запрещенной зоны полупроводника (эВ).

Если создать систему возбужденных активных атомов (лазерную активную среду, помещенную внутрь резонатора) и пропускать через эту систему излучение, то воз­можно усиление излучения, если создание фотонов за счет вынужденного излучения превосходит потери излучения на поглощение и рассеяние. Такое усиление оптического излучения, основанное на использовании вынужденного излучения, называется лазерным усилением.

Коэффициент усиления лазера g(E) равен

g(E) =[α + (1/L)ln(1/R)]d (2)

где α; – коэффициент поглощения, см^-1;

L – длина резонатора, см;

R – коэффициент отражения;

d – толщина активного слоя, см.

Направленность лазерного излучения характеризуется расходимостью (Θ)

(3)

Число излучаемых фотонов в единице объема за одну секунду определяется полной скоростью излучательной рекомбинации

(4)

где n – коэффициент преломления;

E_з – ширина запрещенной зоны эВ;

γ; - температурный коэффициент;

ΔE - полуширина спектра спонтанного излучения, эВ;

с - скорость света, см/с;

h - постоянная Планка, эВ·с.

Плотность тока, необходимая для поддержания скорости накачки однородно возбужденного слоя

I_ном = q G g, (5)

где q – заряд электрона, (к) или (а·с)

При некотором значении энергии накачки, которое называется порогом генерирования лазера, возникает лавинообразное усиление энергии лазерного излу­чения, т. е. генерация.

Значение пороговой плотности тока для возбуждения лазерного излучения можно расcчитать по уравнению

I_пор = (6)

η - внутренняя квантовая эффективность;

Т – рабочая температура;

Т_хар – характеристическая температура (температура Дебая).

Внешний квантовый выход лазера определяется в основном размером резонатора (L), процессами отражения (R) и поглощения (α)

(7)

Исходные данные для системы Ga _1-x Al_x As

Ширина запрещенной зоны, эВ E_з = 1,45 (1-х) + 2,15 х

Коэффициент поглощения, см^-1 α = 10 (1-х) + 20 х

Коэффициент преломления n = 3,6 (1-х) +3,3 х

Температура Дебая, К Θ = 355 + 100 х

Температурный коэффициент γ = 9,2

Полуширина спектра спонтанного излучения, эВ ΔE = 0,06

Внутренний квантовый выход η_внутр =1

Постоянная Планка, дж сек h = 6,6.10^-34

Скорость света, см/сек с = 3.10¹⁰

Коэффициент отражения R = 0,5

Заряд электрона, к q = 1,6.10^-19

1 эВ = 1,6.10^-19 дж

программа

Каппадокия, Турция

Пейзаж в Каппадокии кажется весьма странным. Благодаря вулканическим извержениям эта местность стала похожа на лунный ландшафт, который стал настоящей находкой. Во втором век христиане, спасаясь от римских преследователей, высекли эти тайники в виде сюрреалистических конусов и труб Каппадокии. Они оставались здесь годами, а их первоначальные комнаты превратились в затейливые города с винными заводами, ванными комнатами и церквями.

С тех пор как пала Римская империя, а христиане рассеялись, этот подземный город стал пустым. Сегодня Каппадокия переживает возрождение, открывая свои двери многочисленным туристам.

Мачу-Пикчу, Перу

Мачу-Пикчу является лучшим сохранившимся городом со времен империи инков, торжественно восседая на покрытых туманом перуанских Андах. Возможно, именно благодаря облакам это место было так долго скрыто, что приобрело ему название " потерянный город инков ". Конструкция, которая была создана примерно в 1440 году н.э. была покинута во времена испанского вторжения. Однако, его скрытое местоположение стало защитой от конкистадоров и само место находилось в уединении до 1911 года, когда на него случайно наткнулся американский историк Хайрем Бингхем.

Многие считают, что это место инков было горным приютом для тогдашнего правителя Пачакути. Сам пейзаж: скалистые горы, изумрудная зелень и закрученные облака создают здесь непередаваемую таинственную атмосферу.

Остров Пасхи

Каменные лица, расположенные по побережью, смотрят на Остров Пасхи, небольшой кусок земли в Тихом океане у побережья Чили. Эти гигантские скульптуры, весом в 14 тонн, были названы "моаи", а их смысл существования озадачивает ученых уже с давних времен.

Почему тысячи лет назад местные жители Рапа-Нуи затратили столько времени и энергии на создание этих гигантских ликов? Никаких письменных свидетельств не было, но один археолог Джо Энн Ван Тилбург считает, что эти скульптуры выступали в качестве посредников между вождями Рапа-Нуи и богами, а также небом и землей.

Скрижали Джорджии, США

Загадочный памятник Скрижали Джорджии, высотой примерно 6 м, находится на северо-востоке штата Джорджии в США. Пять гранитных плит выгравированы на разных языках, от английского до суахили, и их предположительное предназначение состояло в том, чтобы проинструктировать выживших в Апокалипсисе о том, как перестроить общество. Одна из инструкций гласит:" Разумно регулируйте рождаемость, повышая ценность жизненной подготовки и многообразия человечества ".

Так как же был построен этот памятник? В 1979 году, неизвестный под псевдонимом мистер Христиан поручил эту работу компании по обработке камня, но его личность до си пор остается загадкой.

Стоунхендж, Англия

Примерно в нескольких часах езды от Лондона располагается одна из настоящих мировых загадок – Стоунхендж. Наследие это доисторического памятника состоящего из крупных стоячих камней, вес которых достигает до 50 тонн, вызвало много предположений.

Некоторые утверждают, что друиды построили Стоунхендж в качестве храма, другие связывают его строительство с коренными жителями, проживавшими тысячи лет назад. Также существует мнение, что он связан с мифом о Короле Артуре, в котором утверждается, что волшебник Мерлин перенес камни в это место. Никто не может сказать, кто же построил их, не говоря уже о том, как их сюда доставили и какого само предназначение памятника. Стоунхендж до сих пор остается самым таинственным местом в мире.

 

 

3 программа

 

Баальбек (Ливан)

Баальбек — город в восточной части Ливана. Он был процветающим городом, когда его завоевали финикийские греки в 331 г. до н.э. Он стал римской колонией при императоре Августе в 16 веке до н.э. В его акрополе в течение следующий трех столетий римляне построили монументальный ансамбль из трех храмов, при строительстве использовались такие огромные камни, что не верится, что они могли быть обработаны человеком. Некоторые туристы считают, что строительство храма было связано с развитием искусства. На южном въезде в Баальбек находится карьер, откуда вырезали камни. Огромный блок считается самым большим обработанным камнем в мире, был вырезан примерно 2000 лет назад. Называется он “Камень беременной женщины”, его размеры 21.5м x 4.8м x 4.2м, весит он примерно 1000 тонн.

Аркаим

Это место таит в себе много загадочного. Существует поверье, что для того, чтобы попасть в этот мистический город, надо не только купить билет на поезд или автобус, более важным является другое: «пустит» ли тебя это место.
Сюда приезжают не только и не столько ради интереса к древности. Здесь с людьми происходят необычные вещи: можно спать на горе, где очень ветрено и холодно, в одном тонком спальнике—и не простудится. Болячки, дремавшие в теле и время от времени дававшие о себе знать, выходят наружу и больше никогда не беспокоят. Людей «ломает»: жизнь приобретает новый смысл, побывавший в Аркаиме человек чувствует себя так, будто начал все с чистого листа.
Аркаим – это древний город, обнаруженный советскими археологами летом 1987 года у слияния рек Утяганки и Караганки (южнее Магнитогорска, Челябинская область), Это самый таинственный археологический памятник на территории России. Город-крепость древних ариев была оставлена по неясной причине хозяевами и сожжена примерно 4 тыс. лет назад. Тем не менее, этот город относительно хорошо сохранился (гораздо лучше, чем арийский город Синташта).
В плане Аркаим представляет 2 вписанных одно в другое кольца оборонительных сооружений, 2 круга припавших к стенам жилищ, центральной площади и круговой улицы с деревянным настилом и ливневой канализацией. Вне всякого сомнения, Аркаим с 4 ориентированными по странам света входами в крепость был построен по заранее начерченному плану с высочайшей точностью (все кольцевые линии имеют один центр, куда сходятся все радиальные линии).
Аркаим четко сориентирован по звездам. Город был построен и жил по законам астрологии. Иногда Аркаим сравнивают со Стоунхенджем, но лучше связать его с Городом Солнца Томмазо Кампанеллы. Кампанелла был астрологом и мечтал об обществе, живущем по законам Космоса, в кольцевом городе, построенном согласно астрологическим расчетам.
Культура Аркаима относится к ХVIII--ХVI вв. до н. э., что подтверждает теорию расселения древних ариев: согласно древним текстам, белая раса пришла в Евразию с затонувшего материка Арктида в Северном Ледовитом океане и прасселилась на Волге, Урале и в Западной Сибири, а уже оттуда на территорию Персии и Индии. Получается, что территория России - колыбель двух мировых религий: зороастризма и индуизма, а Веды с Авестой были принесены в Индию и Иран отсюда. Согласно авестийской традиции, пророк Заратуштра родился на Урале.

 

4программа