Фотоефект

Квантовою оптикой називаєтся розділ оптики, який займається вивченнім явищ, в яких проявляються квантові властивості світла. До таких явищ відносяться: теплове випромінення, фотоелектричний еффект, эффект Комптона, фотохімічні процеси та ін.

Фотоефект в газах полягає в іонизації атомів і молекул газа під дією світла і зазвичай називаєтся фотоіонізацією. В конденсованих тілах (твердих і рідких)- разрізняють зовнішній та внутрішній фотоефекти.

Зовнішнім фотоефектом (фотоелектронною емісією) називається вивільнення електронів речовиною під дією світла. Електрони, які вилітають із речовини при зовнішньому фотоефекті, називаються фотоелектронами, а електричний струм, утворений, ними при впорядкованому русі у зовнішньому електричному полі, называется фототоком. Внутрішнім фотоефектом називається перерозподіл електронів по енергетичним станам в твердих та рідких напівпровідниках та діелектри­ках, що діє під дією світла. Він проявляється в зміні концентра­ції носіїв струму в середовищі та призводить до створення фотопровідності або вентильного фотоефекта. Фотопровідністю називається збільшення електричної провідності речовини під дією світла. Вентильним фотоефектом називається виникнення під дією світла е.р.с. в системі, яка складається з контактуючих напівпровідника і металу або двух різнорідних напівпровідників.

Закони зовнішнього фотоефекта.

1. Закон Столєтова: при незмінному спектральному складі світла, яке падає на фотокатод, фотострум насичення пропорційний енергетичній освітленості катода:

І_н~E_є і n_сек ~ E_є

2.Для даного фотокатода максимальна початкова швидкість фотоелектронів
залежить від частоти світла і не залежить від його інтенсивності.

3. Для кожного фотокатода існує червона межа зовнішнього фотоефекта, тобто мінімальна частота світла v₀, при якій ще можливий зовнішній фотоефект; частота v₀ залежить від матеріала фотокатода і стана його поверхні.

Другий і третій закони зовнішнього фотоефекту не піддаються тлумаченню на основі класичної електромагнітної теорії світла. Згідно цієї теорії вирівнювання електронів провідності із металу є результатом їх „розкочування” в електромагнітному полі світлової хвилі, яке повинне підсилюватися при збільшені інтенсивності світла і пропорційно її енергетичної освітленості фотокатода.

Фотоефект безінерційний, так як вивільнення фотоелектронів починається одразу ж, як тільки на фотокатод падає світло з частотою ν> = ν₀ . Ця властивість зовніш­нього фотоефекта є ще одним підтвердженням квантового характера взаимодії светла з речовиною. Згідно класичним хвильовим представ­леням необхідно достатньо значний час для того, щоб електромагнітна хвиля заданої інтенсивності могла передати електрону енергію, достатню для здійснення ним роботи вихода.

7°. При дуже великих інтенсивностях світла, досягнутих за допомогою ла­зерів, спостерігається багатофотоний, або нелінійний фотоефект. При багатофотоному фотоефекті електрон може одночасно отримувати енер­гію не одного, а N фотонів. В цьому випадку рівняння закона збереження енергії при зовнішньому фотоефекті під дією світла частоти ν має вид:

N*h* ν=А + (m*v²_max)/2

Червона межа N-фотонного фотоефекта (ν₀)N= А/(N* h)