物理第二十一章知識(shí)點(diǎn)

1、第21章量子物理的應(yīng)用激光知識(shí)點(diǎn)一：（三種躍遷過程-發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收原子在高能級(jí)和低能級(jí)之間輻射躍遷和吸收躍遷滿足同一頻率條件殳2勺。h自發(fā)輻射：在不受外界影響的條件下，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)的輻射光子返回到基態(tài)的過程。（各光波波列的頻率、相位、偏振狀態(tài)以及傳播方向不同。）受激輻射：處于激發(fā)態(tài)E2上的原子，在能量為hv = E2 - E的外來光子的誘導(dǎo)下，產(chǎn) 生由E2向低能級(jí)E 1的受迫躍遷，同時(shí)發(fā)射一個(gè)與外來光子相同的光子的發(fā)光過程。（各光波波列的頻率、相位、偏振狀態(tài)以及傳播方向相同。）受激輻射特點(diǎn)a.不能自發(fā)的進(jìn)行輻射;b.光波不外來光波特征相同;c.具有光放大作用。受激輻射是產(chǎn)生激光的

2、必要條件。激光器的發(fā)光過程是受激輻射占主導(dǎo)地位。普通光源的 發(fā)光過程是自發(fā)輻射占主導(dǎo)地位。受激吸收：處于低能級(jí)E 1上的原子，吸收滿足頻率條件v 二旦產(chǎn)的外來光子，而躍1h遷到高能級(jí)E 2上的過程。知識(shí)點(diǎn)二：（激光原理：打破熱平衡，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：系統(tǒng)中處于高能級(jí)的粒子數(shù)多于處在低能級(jí)的粒子數(shù)的分布，叫做粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)分布。實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件：激活物質(zhì)：能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。激活物質(zhì)必須存在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)：三能級(jí)系統(tǒng)滿足頻率條件：v = E2-E1。E為亞穩(wěn)態(tài)。h（代表：紅寶石激光器）四能級(jí)系統(tǒng)滿足頻率條件：v = 尖色。E3為亞穩(wěn)態(tài)。h（代表：鈦玻璃激光器、氦

3、氖激光器）因?yàn)镋3和E2能級(jí)之間更容易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因此四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)有更多的 優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)生激光必要條件：a.實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)b.使原子被激發(fā)c.實(shí)現(xiàn)光放大激光器的基本組成部分：a.工作物質(zhì)b.激勵(lì)能源c.光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔作用：增強(qiáng)亮度，控制方向，選擇頻率。知識(shí)點(diǎn)三：（激光的特點(diǎn)）相干性極好，單色性極好方向性極好能量集中亮度極高知識(shí)點(diǎn)四：（激光器的種類1.按工作物質(zhì)分類：固體（宏寶石Al2O3）、液體（某些染料）、氣體（He-Ne、CO 2），半導(dǎo)體（砷化鎵GaAs）2.按工作方式分類：連續(xù)式（功率可達(dá)104W/cm2），脈沖式（瞬時(shí)功率可達(dá)10i7W/cm2）半導(dǎo)體知識(shí)點(diǎn)一：（能帶

4、）能帶：量子力學(xué)表明，固體中若有N個(gè)原子，由于各原子減得相互作用，對(duì)應(yīng)于原來孤 立原子的每一個(gè)能級(jí)，編程了N條靠的很近的能級(jí)，稱為能帶。單原子能級(jí)與能級(jí)之間的間距，在晶體中演變稱為較高能帶的底與相鄰較低能帶的頂之間的間隔，稱為帶隙。帶隙也成為禁帶，禁帶的寬度Eg稱為能隙。導(dǎo)體中被電子部分填充的能帶，因?qū)π纬呻娏饔胸暙I(xiàn)，稱為導(dǎo)帶。能帶的特點(diǎn)：1）高能級(jí)能帶寬，AE大。2）點(diǎn)陣間距越小，AE越大。3）AE大小由晶體性質(zhì)決定，與晶體所包含的原子數(shù)N無關(guān)。N個(gè)T能帶中能級(jí)的密集程度增加。能帶中電子的排布原則：服從泡利不相容原?？谀芰孔钚≡韺?duì)應(yīng)能級(jí)E 7的能帶最多能容納2N（21 +1）個(gè)電子。 nl

5、完全被電子填滿的能帶，稱為滿帶。一個(gè)電子也沒有的能帶，稱為空帶。價(jià)電子所在的能帶稱為價(jià)帶。知識(shí)點(diǎn)二：（導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體）1.固體按導(dǎo)電性能的高低可以分為:導(dǎo)體（AEg=10-22eV，存在未滿的能帶。）半導(dǎo)體（AE = 0.1 -2eV，較低能帶全填滿，較高能帶全空，禁帶寬度小，常溫下電 g子易熱激發(fā)躍遷到空帶。）絕緣體（AEg = 3-6eV，較低能帶全填滿，較高能帶全空，禁帶寬度大，電子不易躍遷到空帶。）例題：半導(dǎo)體材料砷化鎵的能隙為1.43eV，用光激發(fā)其導(dǎo)電，求光波的最大波長(zhǎng)。解：由題意，要是半導(dǎo)體砷化鎵導(dǎo)電，必須滿足條件：hv = h E，即人 V *人 gEg,hc6.63 x 10-34 x3 x108因此，* max = E = 1.43 x 1.6 X10-19 =870(nm)g知識(shí)點(diǎn)三：（本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體）本征半導(dǎo)體（純凈的半導(dǎo)體）電子導(dǎo)電電子運(yùn)動(dòng)形成電流，載流子是電子。空穴導(dǎo)電空穴運(yùn)動(dòng)形成電流，載流子是空穴。本征導(dǎo)電電子、空穴同時(shí)參與導(dǎo)電，且數(shù)目相同。在外場(chǎng)的作用下，純凈的半導(dǎo)體材料滿帶上的電子躍遷到空帶，滿帶中出先空穴，都成了導(dǎo) 帶。電子、空穴稱為本征載流子。雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入少量其他元素的原子，對(duì)于半導(dǎo)體而言是雜質(zhì)。要保證雜質(zhì)原子間 距很大，電子運(yùn)