Теория:
Рассмотрим некоторые устройства, принцип работы которых основан на явлениях квантовой оптики.
Фотоэлемент — электронный прибор, преобразующий энергию фотонов в электрическую энергию. Фотоэлементы подразделяются на вакуумные и полупроводниковые.
Вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянную колбу, часть внутренней поверхности которой покрыта слоем металла с малой работой выхода. Эта поверхность является катодом. В центре колбы расположен диск или петля из проволоки — анод, присоединённый к положительному полюсу батареи. Свет проникает внутрь колбы через прозрачную поверхность стекла и попадает на катод. В цепи возникает электрический ток за счёт электронов, вылетевших с катода и попавших на анод.
Полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух соединённых между собой полупроводниковых участков с разными типами проводимости. Если фотон выбивает электрон из атома полупроводника, то образуется пара «электрон — дырка». Если она образовалась вблизи области \(p\)-\(n\)-перехода, то электрическое поле этой области перемещает электрон в \(n\)-область, а дырку — в \(p\)-область. В результате в \(n\)-области накапливается избыточный отрицательный заряд, а в \(p\)-области — положительный. При замыкании цепи в ней появится ток за счёт движения избыточных электронов \(n\)-области к \(p\)-области по проводнику.
Множество соединённых последовательно \(p\)-\(n\)-переходов образуют солнечную батарею. Солнечные батареи используются как альтернативный источник электроэнергии на Земле и для обеспечения электроэнергией космических аппаратов.
 |  |
| Рис. \(1\). Солнечная батарея | Рис. \(2\). Спутник с солнечными батареями |
Светодиод также состоит из двух полупроводниковых участков с разными типами проводимости. К \(p\)-области подключается положительный полюс источника тока, а к \(n\)-области — отрицательный. При подаче напряжения под действием внешнего электрического поля дырки и электроны начинают движение навстречу друг другу. Сталкиваясь, дырка и электрон рекомбинируют, при этом последний теряет часть энергии, высвобождающейся в виде фотона. Свет фокусируется в одном направлении при помощи отражающей чаши, внутрь которой устанавливают кристалл полупроводника. Цвет светодиода зависит от материала полупроводника.
Цвет светодиода | Материал полупроводника |
Красный | Алюминия-галлия арсенид \((AlGaAs)\) |
Зелёный | Галлия(\(III\)) фосфид \((GaP)\) |
Синий | Селенид цинка \((ZnSe)\) |
 |
| Рис. \(3\). Устройство светодиода |
Химическое действие света проявляется в расщеплении молекул, происходящем под воздействием световой энергии. Фотохимические реакции — химические процессы, протекающие под воздействием видимого света и ультрафиолетового излучения. Одной из таких реакций является фотосинтез.