2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：激光

激光

激光主要內(nèi)容：1.自發(fā)輻射受、激輻射和受激吸收2.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光放大3.激光器的基本構(gòu)成及激光的形成4.激光的縱模和橫模5.激光的特性及應(yīng)用自發(fā)輻射受、激輻射和受激吸收自發(fā)輻射自發(fā)輻射系數(shù)E2E1E2E1受激輻射受激輻射系數(shù)受激吸收受激吸收系數(shù)E2E1自發(fā)輻射受激輻射光波的頻率相位偏振態(tài)無(wú)關(guān)全同一般情況下粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光放大受激吸收受激輻射自發(fā)輻射介質(zhì)中的光強(qiáng)

I-kN1IB+kN2IB忽略光強(qiáng)變化（介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)態(tài)，則光在其中傳播時(shí)得以放大）.在通常情況下，介質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)在外界能源激勵(lì)下，打破熱平衡，使N2>N1（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)態(tài)）.則粒子數(shù)反轉(zhuǎn)——是產(chǎn)生光放大和激光的前提條件。如何使？1.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)2.增益系數(shù)G增益介質(zhì)II+dIzdz經(jīng)過(guò)介質(zhì)薄層,光強(qiáng)增量為I0I0zoI增益介質(zhì)：處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)態(tài)的介質(zhì).光傳播時(shí)被放大.在增益介質(zhì)內(nèi)，光強(qiáng)I隨傳播距離按指數(shù)增加.

結(jié)論：激光器的基本構(gòu)成及激光的形成實(shí)例：氦氖激光器激勵(lì)能源諧振腔全反射鏡部分反射鏡諧振腔1.基本構(gòu)成部分工作物質(zhì)激光工作物質(zhì)激勵(lì)能源高壓直流電源工作物質(zhì)：氖氣激勵(lì)方式：直流氣體放電2.激光的形成(1)亞穩(wěn)態(tài)——粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激勵(lì)激發(fā)態(tài)基態(tài)（亞穩(wěn)態(tài)）激勵(lì)激發(fā)態(tài)基態(tài)（亞穩(wěn)態(tài)）三能級(jí)結(jié)構(gòu)四能級(jí)結(jié)構(gòu)激發(fā)態(tài)

增益介質(zhì)（處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)態(tài)的介質(zhì)）.

激勵(lì)系統(tǒng)電子碰撞碰撞亞穩(wěn)態(tài)例

He-Ne激光器中Ne氣粒子數(shù)反轉(zhuǎn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)增益介質(zhì)(Ne氣體)I0eGLr1I0eGLr1I0e2GLr2r1I0增益介質(zhì)(2)閾值條件r1r2I0e2GL要形成激光,必須滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和閾值條件.I0(r1,r2反射率)(閾值條件)3.pn

結(jié)pn

結(jié)中的電場(chǎng)和電勢(shì)差p區(qū)能帶升高，n區(qū)能帶降低，形成勢(shì)壘(1)

pn

結(jié)中的電場(chǎng)和勢(shì)壘pn結(jié)中電場(chǎng)減弱，勢(shì)壘降低，電子、空穴擴(kuò)散容易，形成正向宏觀電流，并隨電壓變化.pn結(jié)中電場(chǎng)增強(qiáng)，勢(shì)壘增高，電子、空穴擴(kuò)散困難，形成很小的反向電流.(2)

pn結(jié)中電流和外加電壓的關(guān)系正向電壓E反向電壓E10203010200.4