電子物性工学Ⅱ　佐藤勝昭教官　(1998.11.6)

E-mail: satokats@cc.tuat.ac.jp, Home page: http://www.tuat.ac.jp/~katsuaki/ 教科書：佐藤勝昭編著「応用物性」（オーム社）

第5回(1998.10.30)の学習内容

バンドギャップよりも低い光子エネルギーをもつ光à 価電子帯から伝導帯への直接の励起は起きないが、物質と何ら相互作用をしないわけではない。à 電気分極を誘起し、物質中を分極の波として伝搬：光速を減少させる。

　 注：Ｄ＝ε0Ｅ＋Ｐ＝εＥ；　Ｄは電束密度（単位面積あたりの電気力線の数）、Ｅは電界、Ｐは電気分極、ε0は真空の誘電率；この式は誘電現象を表す電磁気学の基本中の基本の式です。殆どの２年生が答えられないのには、びっくりしました。光は電磁波ですから、光のことを知るには電磁気学が基礎になります。要復習。

反射：反射率R={(n-1)2+κ2}/{(n+1)2+κ2}：ここにκは消光係数：吸収の強さを表す。吸収係数α＝4πκ/λ。

散乱：レイリー散乱；散乱光強度I∽λ-4。短波長ほどよく散乱される。à 空が青い原因。

干渉：薄膜などの前面からと背面からの透過光（または反射光）の光路差が波長の整数倍または、半波長の奇数倍のときにとの強めあったり、弱めあったりする現象。à シャボン玉の着色の原因。

回折：波長の程度の微細な間隔で周期的に刻まれた多数の溝をもつ板（回折格子）からは、特定の角度に特定の波長の光が反射または透過する。à ＣＤが色づいて見えるわけ。

分散：物質の屈折率が波長によってことなる現象à プリズム、虹

発光：光吸収、電子線照射、電界印加、電流注入などによって励起された状態が緩和するときにエネルギー差を光として放出する現象。

撮像：光電効果：光電子放出・光導電（撮像管）・光起電力効果（ＣＣＤ）

伝送：映像・同期・音声・文字多重、変調・復調、有線・無線・光・衛星

記録：磁気記録・光磁気記録（磁気光学効果）

表示：発光現象：カソードルミネセンス（ブラウン管）・フォトルミネセンス（プラズマディスプレー）、光制御：電気光学効果（液晶ディスプレイ）

第5回の問題：ものの色が着く現象を分類し、例をあげよ。（解答は上記と同じなので省略）

第5回の質問・印象・要望

  1. 回折光は干渉光の１つか(渡邊)à Ａ．その通りです。

  2. 空の色で赤と青以外の印象が薄いが理由はなにか（佐藤(良)）à Ａ．朝夕に黄色く見えることもあります。

  3. 光が物質中で速度が減少するが、物質からでるとどうして速度が戻るのか(高橋)à Ａ．物質中と空気中とで周波数は保存されますが、速度、従って波長、は保存されません。速度は、媒質の屈折率で決まっています。

  4. 別の授業で、黒体とは光を吸収する仮想物質であるといっていたが、本当に仮想物質なのか。(中山(博))à Ａ．光が入ったきり出てこない物質なんて存在しませんから黒体は仮想的です。実際の「黒い」物質は近似的な黒体です。

  5. 私の眼鏡はプラスチックレンズだが、紫外線をカットしてくれるか(原田)à A. プラスチックの吸収端は物質によって異なりますが、眼鏡に使われる材料は紫外線をカットするように作られています。

  6. サングラスでもＵＶカットとそうでないものがある。違いは？(平野)à Ａ．コーティングの違いによるのでは？

  7. 眼鏡の反射防止コーティングは油膜か(米光)à Ａ．酸化物などの誘電体の膜です。超音波洗浄でははがれません。

  8. レーザにおいて誘導放出された光が反射鏡によって閉じこめられ、位相が揃うまでにどの程度の時間がかかるのか(高橋(宏))à A. ２つの反射鏡の間隔を往復する時間と考えて下さい。半導体レーザの場合0.5cmを光が往復する時間は1cm/(c/n)です。n=3とすると10-10s=100psくらいでしょう。

  9. 世界の３つのTVシステムのちがい（グエン）à A. 世界には、米国を中心とするＮＴＳＣ、英国・ドイツなどのＰＡＬ、フランス・ロシアなどのＳＥＣＡＭという３つの方式があります。走査線数、１秒間のコマ数、カラー方式、変調方式などがすべて異なります。

  10. ハイビジョンは何時になったら簡単に買える価格になるか(後藤)à Ａ．生産規模が大きくなると価格が下がります。ディジタルハイビジョン(現在のMUSE方式とは異なるのでconverter必要)が始まる３年後には安くなるでしょう。

  11. 自由電子プラズマによる着色の仕組みについて詳しく説明して欲しい。（チュア）à A. チュアさんは、光物性工学を受講していましたから、学んだ筈です。(1998.6.9 配布資料) : 自由電子の運動方程式を解くà 電子散乱（摩擦項）がなければ、εr’’は常にゼロ、一方、εr’はω→０では負の大きな値をとるが、ω＝ωp（プラズマ周波数）で０を横切り、ω→∞では１に近づく。（ドルーデの式）εr<0のとき反射率は１００％となる。

  12. 青色LEDが高い理由(三原)à Ａ．青色LEDは最近日亜化学により開発されたばかりでまだ競争が無いからです。

  13. 美容整形に使われるシリコンは今日回覧したのと同じか(森岡)à Ａ．美容整形に使うのは「シリコーン」という珪素を含む樹脂であって、珪素Siそのものではありません。

  14. VHSとS-VHSの違い(森岡)à Ａ．S-VHSではBs, Hcの大きなCo系のテープを用いVHSより高密度の記録ができます。

  15. 時計などの発光塗料にはなぜ放射性物質が使われるのか(大和)à 燐光性の物質に放射性同位元素を微量混入すると、放射性崩壊で出るβ線などでトラップされた電子が励起され再び発光再結合に寄与するので長時間発光します。

  16. ＣＤは記録面の反対側にも溝があるがなぜか(山中)à 記録面にある溝が基板の裏側からも見えるだけです。

  17. 北側の窓から太陽光はさすことがないのにカーテンを閉めると暗くなるのはなぜか(湯地)à Ａ．窓から入る光は、直達光だけでなく空からの散乱光も大きな部分を占めています。

  18. 先生は、今、どのような研究をしているか(吉岡)à Ａ．(1) 磁性体微細構造の作製と磁気光学効果による評価、(2) 三元多元化合物半導体の結晶成長・光学評価・デバイス応用、(3) 酸化物高温超伝導体薄膜の成長とデバイス応用

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