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:
Ін~Eє і nсек ~ Eє
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*v2max)/2
Червона межа N-фотонного фотоефекта (ν0)N= А/(N* h)