物理第二十一章知识点

1、第21章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殳2勺。h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。）受激辐射：处于激发态E2上的原子，在能量为hv = E2 - E的外来光子的诱导下，产 生由E2向低能级E 1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

2、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E 1上的原子，吸收满足频率条件v 二旦产的外来光子，而跃1h迁到高能级E 2上的过程。知识点二：（激光原理：打破热平衡，实现粒子数反转粒子数反转：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：三能级系统满足频率条件：v = E2-E1。E为亚稳态。h（代表：红宝石激光器）四能级系统满足频率条件：v = 尖色。E3为亚稳态。h（代表：钛玻璃激光器、氦

3、氖激光器）因为E3和E2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。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）相干性极好，单色性极好方向性极好能量集中亮度极高知识点四：（激光器的种类1.按工作物质分类：固体（宏宝石Al2O3）、液体（某些染料）、气体（He-Ne、CO 2），半导体（砷化镓GaAs）2.按工作方式分类：连续式（功率可达104W/cm2），脉冲式（瞬时功率可达10i7W/cm2）半导体知识点一：（能带

4、）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Eg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。能带的特点：1）高能级能带宽，AE大。2）点阵间距越小，AE越大。3）AE大小由晶体性质决定，与晶体所包含的原子数N无关。N个T能带中能级的密集程度增加。能带中电子的排布原则：服从泡利不相容原瑁口能量最小原理对应能级E 7的能带最多能容纳2N（21 +1）个电子。 nl

5、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）1.固体按导电性能的高低可以分为:导体（AEg=10-22eV，存在未满的能带。）半导体（AE = 0.1 -2eV，较低能带全填满，较高能带全空，禁带宽度小，常温下电 g子易热激发跃迁到空带。）绝缘体（AEg = 3-6eV，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：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知识点三：（本征半导体和杂质半导体）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