Большая Советская Энциклопедия (УС) - [6]

Усиление ультразвука

Усиле'ние ультразву'ка в полупроводниках (дрейфом носителей тока), явление, состоящее в том, что проходящая по кристаллу полупроводника ультразвуковая волна усиливается, когда скорость дрейфа носителей тока в направлении волны превысит фазовую скорость последней. Физическую природу У. у. проще всего понять на примере кристалла полупроводника, обладающего пьезоэлектрическим эффектом, – т. н. пьезополупроводника (см. Пьезоэлектричество ). Вследствие пьезоэффекта проходящая по кристаллу упругая волна сопровождается электрическим полем, которое взаимодействует с носителями тока в полупроводнике – электронами и дырками . Это приводит к их перераспределению в пространстве и образованию области с повышенной концентрацией носителей – пространственного объёмного заряда. Если при этом к образцу приложено электрическое поле E_d , создающее дрейф объёмного заряда со скоростью большей, чем фазовая скорость упругой волны с , то носители тока, обгоняя волну, будут отдавать ей энергию, в результате чего произойдёт усиление ультразвуковой волны. Аналогичный процесс происходит в лампе бегущей волны. В полупроводниках, не обладающих пьезоэффектом, взаимодействие упругой волны с носителями тока осуществляется через деформационный потенциал, т. е. непосредственно через взаимодействие электронов с фононами , которое характеризует изменение энергии электрона в зоне проводимости под действием упругой деформации решётки. Сила, действующая на электрон со стороны деформированной решётки, пропорциональна квадрату частоты волны w, поэтому У. у. в обычных полупроводниках эффективно только на гиперзвуковых частотах w > 10⁹гц (см. Гиперзвук ).

  На малых частотах, когда длина свободного пробега носителей тока l много меньше длины ультразвуковой волны l, У. у. обусловлено объёмным зарядом, т. е. сверхзвуковым движением локального «сгустка» носителей тока одного знака, образованного самой волной; если же l/ l>>1 – электроны (или дырки) почти свободны, образование объёмного заряда не происходит и усиление обусловлено когерентным излучением фононов отдельными носителями тока (подобно пучковой неустойчивости в газоразрядной плазме ).

  Для У. у. в пьезополупроводящих кристаллах симметрия кристалла и направление распространения упругой волны должны быть такими, чтобы упругая волна с данной поляризацией сопровождалась продольным электрическим полем, т.к. взаимодействие носителей тока в полупроводнике наиболее эффективно с продольной компонентой вектора электрического поля волны. Усиление как продольных, так и поперечных волн может осуществляться в пьезополупроводящих кристаллах CdS, CdTe, Zn0, GaAs, CdSe.

  Основная трудность использования У. у. на опыте состоит в чрезмерном нагревании образцов в режиме усиления. Чтобы этого избежать, опыты по У. у. обычно проводят в импульсном режиме, прикладывая к образцу дрейфовое поле только на время ультразвукового импульса. В пьезополупроводниках У. у. может достигать весьма больших значений, при этом становятся существенными нелинейные явления, ограничивающие усиление. Практическое применение У. у. возможно для создания активных ультразвуковых линий задержки , усиления колебаний СВЧ (с использованием двойного акустоэлектрического преобразования), создания гиперзвуковых излучателей и приёмников. Исследование эффекта У. у. в полупроводниках (особенно в сильном магнитном поле) позволяет оценить и измерить ряд характерных параметров и констант твёрдого тела, в частности исследовать Ферми поверхность .

  Лит. см. при ст. Ультразвук .

  В. И. Пустовойт.

Усиление фотографическое

Усиле'ние фотографи'ческое, процесс увеличения оптической плотности фотографического изображения для исправления в основном недодержанных или недопроявленных негативов . У. ф. противоположно ослаблению фотографическому , осуществляется путём наращивания металла (ртуть, серебро) или какого-либо непрозрачного соединения на серебряные зёрна изображения, а также путём окрашивания фотографических изображений . У. ф. на многослойных цветных фотографических материалах из-за большой сложности практического применения не находит.

  У. ф. основано на отбеливании металлического серебра изображения растворами сулемы, бихромата калия и др. (см. Отбеливание фотографическое ) с последующим «чернением» в энергично действующих проявителях, растворах аммиака и др. Эффект усиления связан с тем, что отбеливающие агенты восстанавливаются в тонкодисперсные порошки металлов (ртуть из сулемы) или труднорастворимые непрозрачные соединения (Cr₂ O₃ ·CrO₃ из бихромата калия), которые откладываются на зёрна металлического серебра изображения, создавая дополнительные оптические плотности. При отбеливании бромной медью, или бромидом меди (II), «чернение» осуществляют раствором нитрата серебра в качестве источника дополнительного металла, откладывающегося на изображении. Если У. ф. достигается тонированием, то негатив становится обычно коричневым. При этом его эффективная фотографическая непрозрачность увеличивается, т.к. слой поглощает синий свет, к которому наиболее чувствительны фотографические позитивные материалы.