Wstęp do Optyki i Fizyki Ciała Stałego - pytania na egzamin ustny
1. Propagacja fal elektromagnetycznych. Wektory E, H,
k fali, polaryzacja, opis fali płaskiej. Propagacja fali w ośrodku.
Gęstość modów promieniowania. Wnęka - ograniczenia na k i omega. Liczba
modów między omega i omegam
- N(omegam). Gęstość modów w jednostce objętości.
2. Promieniowanie termiczne i prawo Plancka. Założenia i omówienie
wyników.
3. Absorpcja, emisja wymuszona i spontaniczna. Współczynniki
Einsteina. Skąd się biorą relacje między współczynnikami Einsteina? Prawo
równowag szczegółowych.
4. Zasada działania lasera. Schemat lasera, lasery przestrajalne.
5. Zmiana obsadzeń przy oddziaływaniu niekoherentnym pola EM fali z
oscylatorami. Nasycenie przejścia optycznego, a inwersja obsadzeń.
6. Klasyczny model współczynnika załamania. Założenia. Co opisują
składowe współczynnika załamania. Omówienia wyników: dyspersja normalna,
anomalna i absorpcja.
7. Półklasyczny opis oddziaływania oscylatora z polem fali EM.
Kwantowy układ dwupoziomowy i jego opis zależy od czasu. Przybliżenie
dipolowe. Wzbudzenie koherentne i częstość Rabiego. Wpływ emisji
spontanicznej.
8. Półklasyczny opis emisji spontanicznej. Czas życia poziomu
wzbudzonego. Słabe i silne wzbudzenia.
9. Przyczyny i efekty występowania zjawisk nieliniowych. Nasycenie
optyczne, nieliniowa polaryzowalność. Generacja n harmonicznej. Własności.
Mieszanie częstości.
10. Szerokość linii emisyjnych. Profil naturalny. Mechanizmy
poszerzenia. Zmiana kształtu linii. Porównanie różnych profili.
11. Zasady działania i parametry przyrządów spektralnych. Wpływ
przyrządu na obserwacje.
12. Podstawowe założenia i rezultaty kwantowomechanicznego opisu atomu
wodoru.
13. Modyfikacja opisu atomu wodoru umożliwiająca opis atomów
alkalicznych.
14. Przejścia między poziomami atomowymi z udziałem promieniowania -
reguły wyboru.
15. Efekt Starka - na przykładzie atomu wodoru i litu.
16. Normalny i anomalny efekt Zeemana.
17. Spin elektronu. Doświadczenie Sterna-Gerlacha, całkowity moment
pędu j.
18. Kwantowomechaniczny opis atomu dwuelektronowego.
19. Opis Hartree-Focka, przybliżenie Hartree i przybliżenie pola
centralnego dla atomu wieloelektronowego.
20. Energie jonizacji i rozmiary atomów wieloelektronowych.
21. Sprzężenie LS i sprzężenie jj.
22. Atomy rydbergowskie.
23. Rozdzielenie ruchu jąder i elektronów w cząsteczce, stosowane
przybliżenia (przybliżenie Borna-Oppenheimera).
24. Przybliżenie jednoelektrodowe - funkcje falowe cząsteczek,
orbitalne molekularne.
25. Dwuatomowe cząsteczki homojądrowe: postać orbitali molekularnych,
stany elektronowe cząsteczek.
26. Dwuatomowe cząsteczki heterojądrowe: postać orbitali
molekularnych, stany elektronowe cząsteczek.
27. Cząsteczka fluorowodoru (HF) - postać orbitali molekularnych,
energie orbitali molekularnych.
28. Orbitale zhybrydyzowane - wyjaśnić to pojęcie na wybranym
przykładzie cząsteczki.
29. Rodzaje wiązań międzyatomowych w cząsteczkach i w kryształach.
30. Rotacja cząsteczek dwuatomowych (stosowane przybliżenia, struktura
rotacyjnych poziomów energetycznych, reguły wyboru przejść optycznych).
31. Oscylacje jąder (rdzeni atomowych) w cząsteczkach dwuatomowych.
Widma optyczne przejść oscylacyjno-rotacyjnych.
32. Widma emisji i absorpcji cząsteczek - przejścia
elektronowo-oscylacyjne.
33. Emisja/absorpcja fal elektromagnetycznych przez cząsteczki.
Obszary widm, charakter widm i reguły wyboru.
34. Fluorescencja i fosforescencja.
35. Struktura krystaliczna (wektory translacji prymitywnych, komórka
elementarna i komórka prosta, wskaźniki Millera).
36. Rentgenowskie metody badania kryształów (prawo Bragga i warunki
Lanego).
37. Rozpraszanie promieniowania Roentgena na atomach i kryształach -
czynnik atomowy i geometryczny czynnik strukturalny.
38. Metody badania struktury kryształów oraz ich powierzchni - inne
niż rozpraszanie promieniowania Roentgena.
39. Struktura pasmowa kryształów. Proste modele. Stosowane
przybliżenia. Funkcja Blocha.
40. Quasicząstki w ciele stałym: elektrony i dziury, masa efektywna
(dodatnia i ujemna), pseudopęd i wektor falowy, prędkość.
41. Pasma częściowo lub całkowicie zapełnione elektronami - wypadkowa
gęstość prądu bez zewnętrznego pola elektrycznego oraz z zewnętrznym polem
elektrycznym.
42. Półprzewodniki samoistne - rozkład Fermiego-Diraca, zależność
koncentracji elektronów i dziur od temperatury i przerwy energetycznej.
43. Przewodnictwo kryształów - model Drudego, równanie Boltzmanna,
pojęcie ruchliwości.
44. Zależność oporu metali i półprzewodników od temperatury.
45. Domieszki, tzw. płytkie (wodoropodobne) w kryształach - rodzaje
domieszek oraz struktura ich poziomów energetycznych (przewodnictwo typu n
i typu p).
46. Drgania sieci krystalicznej (quasicząstka fonon, rodzaje fononów,
oddziaływanie z falą elektromagnetyczną).
47. Ciepło właściwe ciał stałych (modele zależności ciepła właściwego
od temperatury).
48. Metal, półprzewodnik, izolator - podstawowe własności elektryczne
i optyczne.