Наноразмерные структуры: классификация, формирование и исследование. Булыгина Е.В - 27 стр.

число возбужденных N2 и невозбужденных N1 атомов). Поэтому в МФЗЗ может быть
достигнута почти 100% инверсия даже в двухуровневой системе. Причем при низких
уровнях когерентной накачки, поскольку плотность состояний имеет значительный разрыв
(ширина запрещенной зоны может достигать 15–25% от центральной частоты). Отсюда
значительно меньшие "проблемы" для таких материалов с мощностью накачки и нагревом,
поскольку они характеризуются малыми скоростями переключения, уменьшением
некогерентной релаксации и рассеяния, а также значительным снижением дефазировки.
      Введение нанокластеров типа квантовых точек в диэлектрические решетки и
особенности распределения лазерных мод вблизи границы зон позволяют сделать так, чтобы
с одной стороны электронная подсистема квантовых точек соотносилась ("воспринимала") с
фотонной плотностью состояний, а с другой – имело место слабое их взаимодействие с
решеткой диэлектрического каркаса (в этом случае уменьшаются эффекты разрушения
дефазировки и нагрева).
      Обычно черное излучение (химический потенциал μ < 0 в статистике Бозе, а волновые
функции симметричны) рассматривается как фотонный "газ" при слабом взаимодействии
фотонов друг с другом и с веществом, за исключением частот, соответствующих
сравнительно узким полосам поглощения вещества. Для МФЗЗ с широкими запрещенными
зонами это приближение не выполняется, поскольку плотность фотонных состояний вне
запрещенной зоны может значительно превосходить плотность мод в обычном вакууме
(значительно уменьшаясь в запрещенной зоне). Отсюда следует неприменимость для МФЗЗ
стандартной формулы Рэлея − Джонса как для малых частот (hω << T), так и формулы Вина
для больших частот. Соответственно для МФЗЗ, значительно искажается не только функция
плотности излучения, но и функция распределения энергии черного излучения по частотам,
а, следовательно, и зависимость ее максимума от температуры.
      В равновесии, все неотраженное излучение (для обычных оптических материалов) есть
поглощение, если нет флюоресценции и сильного рассеяния, при этом поглощенная энергия
должна компенсироваться испусканием излучения этим же телом. Однако, в МФЗЗ наличие
сильной локализации приводит к совершенно иным закономерностям для рассеяния
световых потоков, различным для коротковолновой и длинноволновой компонент,
существенно отличающимся как от релеевского, так и от стандартного случая
геометрической оптики. Так, коэффициент отражения в МФЗЗ при указанных условиях для
длинноволновой части будет пропорционален ω2 (а не ω4 как для релеевского рассеяния),
при этом поведение коротковолновой компоненты описывается стандартными законами
геометрической оптики. В общем случае, такой материал не поглощает определенные
частоты, что формально соответствует положительному значению реальной части
диэлектрической постоянной (частотное окно).
      Привычная формулировка, например, закона Кирхгофа об универсальности (то есть
независимости от природы вещества) соотношения энергии излучения и поглощения от
частоты и температуры становится непригодной, поскольку в МФЗЗ функция плотности
перестает быть гладкой (в частности становится кусочно-гладкой). В зависимости от частоты
тело "приближается" или "удаляется" по своим характеристикам для излучения или
поглощения от закономерностей черного тела. Соответственно меняется и формулировка
закона Вина о смещении с ростом Т положения максимума функции распределения энергии
излучения в сторону коротких волн. Такие явления, в общем-то, известны для полос
сильного излучения (поглощения), но в МФЗЗ они наблюдаются уже не для узкого диапазона
частот, а в ситуации со значительной плотностью состояний и с возможной инверсией в
стационарных условиях.

               4.2. Варианты наноструктур на основе опаловых матриц

     В чистом опале существует лишь псевдо-ФЗЗ. Для улучшения его фотонно-
кристаллической структуры необходим синтез композитных материалов за счет внедрения в

                                                                                      2