物理第二十一章知识点.docVIP

量子物理的应用 激光 知识点一: （三种跃迁过程--------发辐射、受激辐射、受激吸收） 原子在高能级和低能级之间辐射跃迁和吸收跃迁满足同一频率条件 。 自发辐射：在不受外界影响的条件下，激发态原子自发的辐射光子返回到基态的过程。 （各光波波列的频率、相位、偏振状态以及传播方向不同。） 2. 受激辐射：处于激发态上的原子，在能量为 的外来光子的诱导下，产生由向低能级的受迫跃迁，同时发射一个与外来光子相同的光子的发光过程。 （各光波波列的频率、相位、偏振状态以及传播方向相同。） 受激辐射特点: a.不能自发的进行辐射; b.光波不外来光波特征相同; c.具有光放大作用。 受激辐射是产生激光的必要条件。激光器的发光过程是受激辐射占主导地位。普通光源的发光过程是自发辐射占主导地位。 受激吸收：处于低能级上的原子，吸收满足频率条件 的外来光子，而跃迁到高能级上的过程。 知识点二: （激光原理： 打破热平衡，实现粒子数反转） 1. 粒子数反转：系统中处于高能级的粒子数多于处在低能级的粒子数的分布，叫做粒子数反转分布。 实现粒子数反转的条件： 激活物质：能实现粒子数反转的物质。激活物质必须存在亚稳态能级。 三能级系统和四能级系统： 1.三能级系统满足频率条件： 。为亚稳态。 （代表：红宝石激光器） 2.四能级系统满足频率条件： 。E3为亚稳态。 （代表: 钛玻璃激光器、氦氖激光器） 因为和能级之间更容易实现粒子数反转，因此四能级系统比三能级系统有更多的优势。 3. 产生激光必要条件： a.实现粒子数反转 b.使原子被激发 c.实现光放大 4. 激光器的基本组成部分: a.工作物质 b.激励能源 c.光学谐振腔 光学谐振腔作用：增强亮度，控制方向，选择频率。 知识点三： （激光的特点） 1. 相干性极好，单色性极好 2. 方向性极好 3. 能量集中 4. 亮度极高 知识点四： （激光器的种类） 1. 按工作物质分类：固体（宏宝石）、液体（某些染料）、气体（、），半导体（砷化镓GaAs） 2. 按工作方式分类：连续式（功率可达），脉冲式（瞬时功率可达） 半导体 知识点一： （能带） 能带：量子力学表明，固体中若有N个原子，由于各原子减得相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级，编程了N条靠的很近的能级，称为能带。 单原子能级与能级之间的间距，在晶体中演变称为较高能带的底与相邻较低能带的顶之间的间隔，称为带隙。带隙也成为禁带，禁带的宽度称为能隙。 导体中被电子部分填充的能带，因对形成电流有贡献，称为导带。 2. 能带的特点： 1）高能级能带宽，大。 2）点阵间距越小，越大。 3）大小由晶体性质决定，与晶体所包含的原子数N无关。能带中能级的密集程度增加。 3. 能带中电子的排布 原则：服从泡利不相容原理和能量最小原理。 对应能级的能带最多能容纳 个电子。 完全被电子填满的能带，称为满带。一个电子也没有的能带，称为空带。价电子所在的能带称为价带。 知识点二： （导体、绝缘体和半导体） 固体按导电性能的高低可以分为： 导体（，存在未满的能带。） 半导体（，较低能带全填满，较高能带全空，禁带宽度小，常温下电子易热激发跃迁到空带。） 绝缘体（，较低能带全填满，较高能带全空，禁带宽度大，电子不易跃迁到空带。） 例题: 半导体材料砷化镓的能隙为1.43eV，用光激发其导电，求光波的最大波长。 解： 由题意，要是半导体砷化镓导电，必须满足条件： ，即 因此，=870(nm) 知识点三： （本征半导体和杂质半导体） 1. 本征半导体（纯净的半导体） 电子导电--------电子运动形成电流，载流子是电子。 空穴导电--------空穴运动形成电流，载流子是空穴。 本征导电--------电子、空穴同时参与导电，且数目相同。 在外场的作用下，纯净的半导体材料满带上的电子跃迁到空带，满带中出先空穴，都成了导带。电子、空穴称为本征载流子。 杂质半导体： 在本征半导体中掺入少量其他元素的原子，对于半导体而言是杂质。要保证杂质原子间距很大，电子运动不重叠，杂质能级是单能级。 N型半导体（掺入+5价元素） 载流子以电子为主。 空带==导带。 P型半导体（掺入+3价元素） 载流子以空穴为主。 满带==导带。