激光和固体能带（.ppt

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1、激光与固体能带基本知识主要内容:激光的机理和特性产生激光的条件、谐振腔的作用固体的能带理论能带类型、能带特征p型n型半导体的特性量子物理的应用二：激光器——光子和物质的相互作用固体能带——电子和物质在量子级别上的相互作用1本章教学基本要求1、了解激光的产生条件及基本特点；2、了解固体能带的形成过程及特点；3、理解导体、绝缘体、半导体能带结构的异同；4、了解半导体的导电特性及半导体元器件的作用。21.光和物质相互作用的三个基本过程：一激光的机理和特性LASER-----LightAmplificationofStimulat

2、edEmissionofRadiation光的受激吸收单位时间从低能级E1跃迁到高能级E2的粒子数密度dN12，与N1、外来光场的能量密度成正比：3光的自发辐射单位时间从高能级E2自发辐射跃迁到低能级E1的粒子数密度dN21，与N2成正比：注：普通光源的发光过程是自发辐射，发出的是非相干光4光的受激辐射单位时间从高能级E2受激辐射跃迁到低能级E1的粒子数密度dN21，与N2、外来光场的能量密度成正比：受激辐射发出的光子与外来光子的频率、相位、偏振方向、传播方向完全相同！52.激光的产生条件：(1)粒子数反转根据玻尔兹曼能量

3、分布规律，热平衡状态下粒子系统的正常分布为：单位时间、单位体积中受激辐射和受激吸收过程的净辐射光子数：热平衡时：N2>N1!粒子数反转62.激光的产生条件：(1)粒子数反转铬离子能级示意图实现粒子数反转的条件：存在亚稳态的多能级系统+泵浦72.激光的产生条件：(2)光放大（光学谐振腔）a.初始受激辐射的引发光子：自发辐射的随机光子b.必须加一对平行反射镜，一全反射镜，一部分透射的反射镜，形成光学谐振腔，获得雪崩式光放大82.激光的产生条件：(2)光放大（谐振条件）c.在谐振腔内，只有某些频率的光由于干涉加强，

4、形成以反射镜为波节的驻波，产生激光振荡。其波长满足：或d.由上式分析，可能有多个频率满足谐振条件，其中相邻的两频率间隔为：93.激光器：(1)分类10结构He-Ne激光器中He是辅助物质，Ne是激活物质，He与Ne之比为5∶110∶1。3.激光器：(2)He—Ne气体激光器11亚稳态电子碰撞碰撞转移亚稳态能级示意图12结构示意图3.激光器：(3)自由电子激光器激光波长从微波到X射线连续可调，ps脉冲时间结构可调134.激光的基本特性：(1)方向性好：激光光束发散角在毫弧度量级(2)亮度高：光源亮度的定义：光源单位发光表面

5、上垂直表面方向上单位立体角发射的光功率，即144.激光的基本特性：(3)单色性好：(4)相干性好：好的单色性——〉很好的相干长度，即很好的时间相干性好的方向性——〉很好的空间相干性15二、固体的能带理论：1.电子共有化大量孤立原子聚合成晶体后，晶格离子对电子运动的影响，形成固体能带原子外壳层上的价外电子，能量E3可能超过势垒高度，在整个晶体范围内自由运动，为各原子核共有162.能带的形成二、固体的能带理论：17二、固体的能带理论：电子共有化N个原子、一个能级N个能量很接近的能级能带每个能带能容纳的电子数是原来的N倍：如s态

6、可容纳2N个电子p态可容纳6N个电子d态可容纳10N个电子2.能带的形成18理解满带、禁带、空带、价带和导带等概念。3.能带的类型19导体导体导体半导体绝缘体EgEgEg4.能带的特征（重点掌握）20五种不同的能带结构（重点掌握）导体(a),(b),(c)绝缘体(d)半导体(e)半导体中同时存在电子导电和空穴导电21(1)n型半导体:(电子导电为主)（掺入五价元素）5、半导体导电特性：a.本征半导体的导电性；b.杂质半导体的导电性（重点掌握施主能级和受主能级的概念及相应的示意图）22(2)p型半导体：（空穴导电为主）（掺入

7、三价元素）5、半导体导电特性23主要了解p-n结的形成过程与p-n结的导电特性；了解电势分布曲线（参见图23.25、图23.26、图23.27和图23.28）P-N结和电势曲线6、半导体元器件（p-n结）：246.p-n结P-N结形成前后能带示意图256.p-n结P-N结单向导电作用热敏电阻、光敏电阻26本章内容建议按思考题复习巩固！23.223.323.423.523.723.823.927