Волновая и квантовая оптика
Интерференция света. Особенности когерентности световых волн. Понятие временной и пространственной когерентности. Общие свойства интерференционной картины от двух точечных когерентных источников. Опыт Юнга и другие опыты по наблюдению интерференции света. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Использование интерференции в технике. Дифракция света. Принцип Гюйгенса - Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция на круглом отверстии и круглом экране. Зонная и фазовая пластинки. Ограничения возможностей оптических приборов. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракционная решетка. Разрешающая способность, линейная и угловая дисперсии дифракционной решетки. Дифракция на пространственных структурах, дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа - Брэггов. Рентгеноструктурный анализ. Понятие о голографии. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризаторы. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Двойное лучепреломление. Искусственное двойное лучепреломление. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Дисперсия света. Объяснение дисперсии на основе классической электронной теории. Фазовая и групповая скорости. Связь между ними. Скорость переноса энергии. Спектральный анализ. Поглощение (адсорбция) света. Рассеяние света. Излучение Вавилова-Черенкова. Квантовая оптика. Тепловое излучение и его характеристики. Энергетический спектр излучения. Закон Кирхгофа. Гипотеза Планка. Формула Планка для излучательной способности абсолютно черного тела.Законы теплового излучения как следствия формулы Планка. Закон Релея - Джинса. Закон Стефана - Больцмана. Законы Вина. Фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Тормозное рентгеновское излучение. Эффект Комптона. Энергия и импульс фотона. Давление света. Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.
6. Квантовая физика, физика атома
Модели атома Томсона и Резерфрода. Линейчатый спектр атома водорода. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Спектр атома водорода по Бору. Гипотеза де Бройля. Опыты по дифракции микрочастиц. Электронно - графический анализ. Дуализм волн и частиц. Волна де Бройля. Волновая функция. Физический смысл квадрата модуля волновой функции. Конечность, непрерывность и однозначность волновых функций. Условие нормировки. Соотношение неопределенностей. Изображение физических величин операторами. Операторы координаты и импульса, кинетической и потенциальной энергий. Оператор момента импульса. Оператор Гамильтона для полной энергии. Принцип причинности в квантовой механике. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Описание свободного движения частиц. Движение квантовой частицы в глубокой потенциальной яме с вертикальными стенками. Квантование энергии. Нулевые колебания. Вероятность нахождения частиц внутри потенциальной ямы. Квантовый гармонический осциллятор. Поведение частицы вблизи потенциальных барьеров. Туннельный эффект. Прозрачность барьера. Холодная эмиссия электронов из металла. Квантовая модель атома водорода и ее сравнение с боровской моделью. Квантование энергии, момента импульса. Квантовые числа. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Тождественные частицы. Принцип Паули. Заполнение электронных состояний в атомах. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Квантовая модель атома водорода и ее сравнение с боровской моделью. Квантование энергии, момента импульса. Квантовые числа. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Тождественные частицы. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Рентгеновские спектры. Молекулярные спектры. Поглощение и излучение энергии. Лазеры.
7. Элементы квантовой статистики
Тождественность микрочастиц. Фермионы и бозоны. Антисимметричные и симметричные волновые функции. Невырожденные и вырожденные коллективы. Классическая и квантовая статистика. Фазовое пространство микрочастицы. Квантование фазового пространства. Плотность числа состояний в пространстве импульсов и в энергетическом пространстве. Функция распределения. Функция распределения для невырожденного идеального газа. Распределение частиц по импульсу и скорости. Функция распределения для вырожденного газа фермионов. Распределение Ферми-Дирака. Законы статистического усреднения.
8. Элементы физики твердого тела Связь атомов в твердых телах. Кристаллическое состояние твердых тел. Аморфные твердые тела. Жидкие кристаллы. Дефекты кристаллической решетки. Уравнение Шредингера для кристалла. Волновая функция электронов в твердом теле. Энергетические зоны. Локальные энергетические уровни электронов. Статистика электронов в твердых телах. Концентрация электронов и дырок в зонах собственного полупроводника. Примесные полупроводники. Движение электронов в твердом теле под действием электрического поля. Электропроводность кристаллов в слабом электрическом поле. Электропроводность кристаллов в сильных электрических полях. Собственная и примесная электропроводность полупроводников. Температурная зависимость электропроводности. Сверхпроводимость. Контакт металла и полупроводника. Контакт полупроводник-полупроводник. Поверхностные явления. МДП-структуры. Квантово-размерные структуры. Неравновесная функция распределения. Кинетическое уравнение Больцмана. Решение кинетического уравнения в приближение времени релаксации. Кинетические коэффициенты: коэффициент электропроводности, теплопроводности, диффузии. Термоэлектрические и термомагнитные эффекты. Эффект Зеебека, Пельтье, эффект Томсона. Эффект Холла, магниторезистивный эффект. 9. Взаимодействие электромагнитного поля с веществом
Общая характеристика задачи взаимодействия поля с веществом. Диэлектрическая проницаемость агрегатных состояний вещества в переменном электромагнитном поле. Дисперсия, поглощение, рассеяние. Усиление электромагнитного поля в среде с отрицательными потерями, инверсия квантовых состояний в веществе, принцип работы лазеров. Нелинейная оптика. Варианты заданий для контрольной работы № 1.
|
