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.