Мы начали с выяснения природы магнетизма, и логика рассказа привела нас к описанию высокочастотных свойств магнетиков. Это не случайность. Исследование высокочастотных свойств — один из наиболее эффективных методов выяснения, как движутся в твердых телах атомные частицы.

Широкое использование полупро­водников в современной техни­ке объясняется их замечатель­ными свойствами. Как и ме­талл, полупроводник представляет собой кристаллическое тело, в котором под действием разности потенциалов возникает электриче­ский ток. Но полупроводники обладают рядом особенностей:

Энергетический спектр. Кристалл может состоять из одинаковых атомов (атомарный кристалл) либо из атомов разных сортов. Как те, так и другие могут быть изоляторами, полупроводниками и металлами. Для простоты мы будем говорить только об атомарных кристаллах. Все основные выводы годятся и для кристаллов, со­стоящих из разных атомов.

Доноры. Источником свободных электронов в полупроводнике могут служить примеси — доноры. В школьном курсе физики под­робно рассмотрен пример — примесь мышьяка (As) в кремнии (Si)* Донорное действие Asосновано на том, что четыре валентных элек­трона мышьяка участвуют в создании валентных связей с окружающими атомами кремния, а пятый электрон (Asпятиваленьтен в связи не участвует и может легко оторваться и стать сво­бодным.

Однако прирост этих носителей заряда ничтожно мал по отношению к концентрации свободных электронов, имеющихся в металлах уже при Т = О °К. Поэтому изменение сопротивления металлов при повышении температуры определяется коэффициен­том трения, который при нагревании увеличивается, уменьшая подвижность электронов.

Познакомимся кратко с применениями полупроводников. Сна­чала обсудим применения однородных полупроводников (термисто­ры, фотосопротивления), затем неоднородных (р—п-переходы, транзисторы).

Совсем еще недавно слово «лазер» было известно только узкому кругу специалистов-физиков.

Волновые свойства света. Интерференция и когерентность.

Свет — это электромагнитные волны. Длина волны λ у видимого света не превосходит одного микрона (10-⁴ см), а скорость распро­странения световой волны с в пустоте составляет 300 тыс. километ­ров в секунду. Соответствующая частота световых колебаний v= с/λ равна примерно 10¹⁵ гц. Такие скорости и частоты человек, разумеется, непосредственно воспринимать не может. И хотя чело­веческий глаз отличает, например, красный свет (λ ≈ 6 • 10-⁵ см) от зеленого (X ≈ 5 • 10-^б см), на основе этого различия нельзя сказать, какую длину волны имеет излучение данного цвета. Без специальных опытов волновая природа электромагнитного излуче­ния даже в видимой, световой области остается фактически «не­видимой».

Как и в классическом генераторе радиоволн, состоящем из резо­нансного колебательного контура, электронной лампы и источника питания, в лазерах можно выделить три основные элемента: резо­натор, в котором возбуждаются незатухающие электромагнитные колебания, активная среда, обеспечивающая усиление излучения, и источник энергии, создающий инверсную заселенность в активной среде.

Создание лазеров прежде всего повлияло на развитие самой физики. Даже такая, казалось бы, уже полностью сформировавшаяся ее область, как оптика, буквально пережила второе рождение.

Нелинейная оптика. Под действием мощного светового пучка, распространяющегося в прозрачной среде, оптические свойства этой среды начинают изменяться, а это изменение влияет (в свою очередь) на поведение самого светового пучка. Круг таких, как принято говорить, нелинейных явлений очень широк, и их исследо­вание составляет новое направление в оптике, которое называется нелинейной оптикой.