物理第二十一章知識點

1、第21章量子物理的應用激光知識點一：（三種躍遷過程-發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收原子在高能級和低能級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的外來光子的誘導下，產(chǎn) 生由E2向低能級E 1的受迫躍遷，同時發(fā)射一個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a.不能自發(fā)的進行輻射;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地位。普通光源的 發(fā)光過程是自發(fā)輻射占主導地位。受激吸收：處于低能級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E 2上的過程。知識點二：（激光原理：打破熱平衡，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：系統(tǒng)中處于高能級的粒子數(shù)多于處在低能級的粒子數(shù)的分布，叫做粒子數(shù) 反轉(zhuǎn)分布。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件：激活物質(zhì)：能實現(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。三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)：三能級系統(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）因為E3和E2能級之間更容易實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因此四能級系統(tǒng)比三能級系統(tǒng)有更多的 優(yōu)勢。產(chǎn)生激光必要條件：a.實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)b.使原子被激發(fā)c.實現(xiàn)光放大激光器的基本組成部分：a.工作物質(zhì)b.激勵能源c.光學諧振腔光學諧振腔作用：增強亮度，控制方向，選擇頻率。知識點三：（激光的特點）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點四：（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），半導體（砷化鎵GaAs）2.按工作方式分類：連續(xù)式（功率可達104W/cm2），脈沖式（瞬時功率可達10i7W/cm2）半導體知識點一：（能帶

4、）能帶：量子力學表明，固體中若有N個原子，由于各原子減得相互作用，對應于原來孤 立原子的每一個能級，編程了N條靠的很近的能級，稱為能帶。單原子能級與能級之間的間距，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。導體中被電子部分填充的能帶，因?qū)π纬呻娏饔胸暙I，稱為導帶。能帶的特點：1）高能級能帶寬，AE大。2）點陣間距越小，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。N個T能帶中能級的密集程度增加。能帶中電子的排布原則：服從泡利不相容原?？谀芰孔钚≡韺芗塃 7的能帶最多能容納2N（21 +1）個電子。 nl

5、完全被電子填滿的能帶，稱為滿帶。一個電子也沒有的能帶，稱為空帶。價電子所在的能帶稱為價帶。知識點二：（導體、絕緣體和半導體）1.固體按導電性能的高低可以分為:導體（AEg=10-22eV，存在未滿的能帶。）半導體（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：半導體材料砷化鎵的能隙為1.43eV，用光激發(fā)其導電，求光波的最大波長。解：由題意，要是半導體砷化鎵導電，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知識點三：（本征半導體和雜質(zhì)半導體）本征半導體（純凈的半導體）電子導電電子運動形成電流，載流子是電子?？昭▽щ娍昭ㄟ\動形成電流，載流子是空穴。本征導電電子、空穴同時參與導電，且數(shù)目相同。在外場的作用下，純凈的半導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 帶。電子、空穴稱為本征載流子。雜質(zhì)半導體：在本征半導體中摻入少量其他元素的原子，對于半導體而言是雜質(zhì)。要保證雜質(zhì)原子間 距很大，電子運