大學(xué)物理第三部分量子與宇宙學(xué)之第16章固體導(dǎo)電理論教育研究

1、第16章 固體導(dǎo)電理論16-1 固體中的電子16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)16-3 超導(dǎo)電性16-4 激光基礎(chǔ)1章節(jié)課堂1 1、在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，晶體具有規(guī)則排列的對(duì)稱性，而、在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，晶體具有規(guī)則排列的對(duì)稱性，而非晶體則沒有。非晶體則沒有。2 2、晶體的宏觀性質(zhì)多表現(xiàn)為各向異性，而非晶體則、晶體的宏觀性質(zhì)多表現(xiàn)為各向異性，而非晶體則具有各向同性的性質(zhì)。具有各向同性的性質(zhì)。3 3、晶體具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體卻沒有，隨著溫、晶體具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體卻沒有，隨著溫度的升高而逐漸軟化，逐漸增加其流動(dòng)性。度的升高而逐漸軟化，逐漸增加其流動(dòng)性。固體固體：通常是指在承受切應(yīng)力時(shí)具有一定程度剛性：通常是指

2、在承受切應(yīng)力時(shí)具有一定程度剛性 的物質(zhì)，它具有一定的體積和形狀。的物質(zhì)，它具有一定的體積和形狀。固體分類固體分類（按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分）（按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分）非晶態(tài)固體（非晶體）非晶態(tài)固體（非晶體）晶態(tài)固體（晶體）晶態(tài)固體（晶體）晶體和非晶體的主要區(qū)別：晶體和非晶體的主要區(qū)別：2章節(jié)課堂16-1 固體中的電子電子的共有化：電子的共有化：晶體中電子運(yùn)動(dòng)的研究方法晶體中電子運(yùn)動(dòng)的研究方法：只能采用一些近似方法：只能采用一些近似方法晶格晶格：晶體中原子的規(guī)則排列組成：晶體中原子的規(guī)則排列組成晶格晶格，所有的晶，所有的晶 格都具有周期性。一個(gè)晶格最小的周期性單格都具有周期性。一個(gè)晶格最小的周期性單 元稱為晶格的元稱

3、為晶格的原胞原胞，許多晶體中每一個(gè)原胞，許多晶體中每一個(gè)原胞 只有一個(gè)原子，但金剛石、食鹽等晶體的一只有一個(gè)原子，但金剛石、食鹽等晶體的一 個(gè)原胞包含著兩個(gè)或更多的原子。個(gè)原胞包含著兩個(gè)或更多的原子。最常見的是最常見的是單電子近似法單電子近似法第一步是第一步是絕熱近似絕熱近似第二步是第二步是自洽場(chǎng)方法自洽場(chǎng)方法3章節(jié)課堂16-1 固體中的電子一、固體中的自由電子的能級(jí)和態(tài)密度一、固體中的自由電子的能級(jí)和態(tài)密度 長(zhǎng)為長(zhǎng)為l l的金屬鏈，其內(nèi)的共有化電子看作自由電子的金屬鏈，其內(nèi)的共有化電子看作自由電子氣，不受外力作用，彼此間也無(wú)相互作用。氣，不受外力作用，彼此間也無(wú)相互作用。勢(shì)能取為零。則電子的

4、薛定諤方程：勢(shì)能取為零。則電子的薛定諤方程：)0()()(2222lxxedxxdm )0()sin(2)(lxxlnlxn 22222nmlen 解此方程并取邊界條件解此方程并取邊界條件0)()0( l 再由歸一化條件可得波函數(shù)和能級(jí)：再由歸一化條件可得波函數(shù)和能級(jí)：4章節(jié)課堂16-1 固體中的電子)0()sin(2)(lxxlnlxn 22222nmlen 把此結(jié)果推廣到三維情況。金屬樣品為一邊長(zhǎng)為把此結(jié)果推廣到三維情況。金屬樣品為一邊長(zhǎng)為l l的立方體，有三維薛定諤方程：的立方體，有三維薛定諤方程：)()(222rerm 對(duì)應(yīng)的波函數(shù)和能級(jí)為：對(duì)應(yīng)的波函數(shù)和能級(jí)為：)sin()sin()

5、sin(83213321lznlynlxnlnnn )(2222222321321nnnmlennn 5章節(jié)課堂16-1 固體中的電子的例的例 16 -116 -1382381 p狀態(tài)函數(shù)（態(tài)函數(shù)，能級(jí)密度函數(shù)）：狀態(tài)函數(shù)（態(tài)函數(shù)，能級(jí)密度函數(shù)）： 為粒子為粒子在在 能量間隔內(nèi)的狀態(tài)數(shù)能量間隔內(nèi)的狀態(tài)數(shù) 與能量間隔與能量間隔 之比，即之比，即)(egdeee dzdededzeg )()(2222222321321nnnmlennn 由由知：知：emlnnn2222222321 對(duì)于給定的對(duì)于給定的 e e ，必然對(duì)應(yīng)若干組量子數(shù)，必然對(duì)應(yīng)若干組量子數(shù) ，若若 為坐標(biāo)軸，做一量子數(shù)空間，則上式

6、為坐標(biāo)軸，做一量子數(shù)空間，則上式表示一個(gè)半徑為表示一個(gè)半徑為 的球面。滿足上式的球面。滿足上式的任意一組正整數(shù)相當(dāng)于的任意一組正整數(shù)相當(dāng)于 球面上的一個(gè)點(diǎn)球面上的一個(gè)點(diǎn) 。),(321nnn),(321nnn)(2 mer 816章節(jié)課堂16-1 固體中的電子的圖的圖383p能量小于能量小于e e的電子狀態(tài)數(shù)的電子狀態(tài)數(shù)z z等于該等于該 的球體體積，即的球體體積，即 812323223)2(3)2(34812emvlmez 上式對(duì)能量求導(dǎo)數(shù)就得到能量在上式對(duì)能量求導(dǎo)數(shù)就得到能量在e-dee-de范圍內(nèi)的電子范圍內(nèi)的電子狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù)deemvdz2322)2(2 因此態(tài)密度為因此態(tài)密度為ece

7、mvemvdedzeg 322323222)2()2(2)( 其中其中32232)2( mvc 7章節(jié)課堂16-1 固體中的電子二、自由電子的導(dǎo)電理論二、自由電子的導(dǎo)電理論 玻色子：自旋為整數(shù)的微觀粒子。如光子。玻色子：自旋為整數(shù)的微觀粒子。如光子。費(fèi)米子：自旋為半整數(shù)的微觀粒子。電子、質(zhì)子等。費(fèi)米子：自旋為半整數(shù)的微觀粒子。電子、質(zhì)子等。費(fèi)米子按能量分布服從費(fèi)米費(fèi)米子按能量分布服從費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)規(guī)律：狄拉克統(tǒng)計(jì)規(guī)律：11)()( kteefeeffe費(fèi)米能費(fèi)米能)(ef：在能級(jí)：在能級(jí) e e 上每個(gè)量子態(tài)平均分配的粒子數(shù)。上每個(gè)量子態(tài)平均分配的粒子數(shù)。dzdnef )(8章節(jié)課堂16-1

8、固體中的電子11)()( kteefeef時(shí)時(shí)kt0 0)( ef1)( ef0fee 0fee 值。值。時(shí)的時(shí)的表示表示ffekte00 0121kt0 )(ef.0fee0121kt0 )(ef.0fee0fe是絕對(duì)零度時(shí)電子所占據(jù)的最高能級(jí)。是絕對(duì)零度時(shí)電子所占據(jù)的最高能級(jí)。9章節(jié)課堂16-1 固體中的電子deefegdnefdn)()()( deefegdnn)()(32220)3(2nmef 00fedeec230)(23fec 10章節(jié)課堂16-1 固體中的電子三、電子能帶三、電子能帶(energy band)(energy band) aex 1e2e3e圖圖14-4 14-4

9、晶體中的庫(kù)侖周期場(chǎng)晶體中的庫(kù)侖周期場(chǎng).電子的能量是量子化的電子的能量是量子化的;.電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng)。電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng)。原子的外層電子原子的外層電子(高能級(jí)高能級(jí))， 勢(shì)壘穿透概率較大，勢(shì)壘穿透概率較大， 電子可以電子可以在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng)在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng),稱為稱為共有化電子共有化電子。原子的內(nèi)層電子與原子核結(jié)合較緊原子的內(nèi)層電子與原子核結(jié)合較緊,一般不是一般不是 共有化電子。共有化電子。11章節(jié)課堂16-1 固體中的電子v圖圖14：一維晶體中共有化電子的周期勢(shì)場(chǎng)：一維晶體中共有化電子的周期勢(shì)場(chǎng) 考慮一維分布的晶格，由于晶格的周期性，使電考慮一維分布的晶格，由于晶格的周期性，使電子的勢(shì)能函

10、數(shù)也具有周期性，所以：子的勢(shì)能函數(shù)也具有周期性，所以：)()(naxvxv 其中其中 a 是晶格常數(shù)，是晶格常數(shù)，n 是任意整數(shù)。是任意整數(shù)。12章節(jié)課堂pk 2其中其中 為一維波矢量，為一維波矢量，u(x)u(x)也是也是 x x 的的周期函數(shù)，即周期函數(shù)，即根據(jù)布洛赫定理，當(dāng)勢(shì)能函數(shù)是坐標(biāo)根據(jù)布洛赫定理，當(dāng)勢(shì)能函數(shù)是坐標(biāo) x x 的周期函數(shù)的周期函數(shù)式時(shí)，一維定態(tài)薛定諤方程的解必然具有下列形式：式時(shí)，一維定態(tài)薛定諤方程的解必然具有下列形式：16-1 固體中的電子設(shè)晶體共有設(shè)晶體共有n n個(gè)原胞，則晶體長(zhǎng)度個(gè)原胞，則晶體長(zhǎng)度 l = n al = n a應(yīng)用波函數(shù)應(yīng)滿足的周期條件：應(yīng)用波函數(shù)

11、應(yīng)滿足的周期條件：)()(naxxkk )()()(naxuexuenaxikikx 即即得得1 iknae 2 lknallnalk 22 )()(naxuxu ikxexux)()( 13章節(jié)課堂16-1 固體中的電子克龍尼克潘納模型：克龍尼克潘納模型：把圖把圖1414所示的一所示的一維無(wú)限長(zhǎng)周期勢(shì)維無(wú)限長(zhǎng)周期勢(shì)場(chǎng)簡(jiǎn)化為無(wú)限長(zhǎng)場(chǎng)簡(jiǎn)化為無(wú)限長(zhǎng)周期方勢(shì)壘。周期方勢(shì)壘。0 0 b ba ax xv(x)v(x)0v圖圖14-5 14-5 克龍尼克潘納模型勢(shì)阱克龍尼克潘納模型勢(shì)阱 )()1(00bnaxnavanxbnav其勢(shì)能函數(shù)其勢(shì)能函數(shù)代入薛定諤方程中求解知，共有化電子能量同波矢代入薛定諤方

12、程中求解知，共有化電子能量同波矢 k k有關(guān)，圖有關(guān)，圖14-714-7畫出了畫出了e-ke-k關(guān)系的一條曲線。關(guān)系的一條曲線。14章節(jié)課堂16-1 固體中的電子k 滿足周期條件：滿足周期條件：, 2, 1 nnka llnalk 22 又因?yàn)橛忠驗(yàn)?量子力學(xué)計(jì)算表明，固體中若有量子力學(xué)計(jì)算表明，固體中若有n個(gè)原子，由個(gè)原子，由于各原子間的相互作用，對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每于各原子間的相互作用，對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每一個(gè)能級(jí)一個(gè)能級(jí),變成了變成了n條靠得很近的能級(jí)條靠得很近的能級(jí),稱為稱為能帶能帶。能帶的寬度記作能帶的寬度記作 e ，數(shù)量級(jí)為數(shù)量級(jí)為 eev。 若若n1023,則能帶中兩則能帶中

13、兩能級(jí)的間距約能級(jí)的間距約10-23ev。15章節(jié)課堂16-1 固體中的電子一般規(guī)律：一般規(guī)律： 1. 1. 越是外層電子，能帶越寬，越是外層電子，能帶越寬， e e越大。越大。 2. 2. 點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬，點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬， e e越大。越大。 3. 3. 兩個(gè)能帶有可能重疊。兩個(gè)能帶有可能重疊。16章節(jié)課堂16-1 固體中的電子離子間距離子間距a2p2s1se0能帶重疊示意圖能帶重疊示意圖17章節(jié)課堂16-1 固體中的電子 1 1滿帶（排滿電子）滿帶（排滿電子） 2 2價(jià)帶（能帶中一部分能級(jí)排滿電子）價(jià)帶（能帶中一部分能級(jí)排滿電子） 亦稱導(dǎo)帶亦稱導(dǎo)帶 3 3空帶（未排電子）空

14、帶（未排電子） 亦稱導(dǎo)帶亦稱導(dǎo)帶 4 4禁帶（不能排電子）禁帶（不能排電子）三三 . . 能帶中電子的排布能帶中電子的排布 固體中的一個(gè)電子只能處在某個(gè)能帶中的固體中的一個(gè)電子只能處在某個(gè)能帶中的 某一能級(jí)上。某一能級(jí)上。 排布原則：排布原則： . . 服從泡里不相容原理（費(fèi)米子）服從泡里不相容原理（費(fèi)米子） . . 服從能量最小原理服從能量最小原理概念概念18章節(jié)課堂16-1 固體中的電子導(dǎo)體和絕緣體（導(dǎo)體和絕緣體（conductor insulator） 它們的導(dǎo)電性能不同，它們的導(dǎo)電性能不同， 是因?yàn)樗鼈兊哪軒ЫY(jié)構(gòu)不同。是因?yàn)樗鼈兊哪軒ЫY(jié)構(gòu)不同。固體按導(dǎo)電性能的高低可以分為固體按導(dǎo)電性能

15、的高低可以分為導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體絕緣體19章節(jié)課堂16-1 固體中的電子導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體絕緣體 eg eg eg20章節(jié)課堂16-1 固體中的電子 在外電場(chǎng)的作用下，大量共有化電子很在外電場(chǎng)的作用下，大量共有化電子很 易獲得能量，集體定向流動(dòng)形成電流。易獲得能量，集體定向流動(dòng)形成電流。從能級(jí)圖上來(lái)看，是因?yàn)槠涔灿谢娮訌哪芗?jí)圖上來(lái)看，是因?yàn)槠涔灿谢娮雍芤讖牡湍芗?jí)躍遷到高能級(jí)上去。很易從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上去。e導(dǎo)體導(dǎo)體21章節(jié)課堂 的能帶結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu),滿帶與空帶之間也是禁帶，滿帶與空帶之間也是禁帶， 但是禁帶很窄（但是禁帶很窄（ e g 約約0.12 ev

16、 )。 在外電場(chǎng)的作用下，共有化電子很難接在外電場(chǎng)的作用下，共有化電子很難接 受外電場(chǎng)的能量，所以形不成電流。受外電場(chǎng)的能量，所以形不成電流。16-1 固體中的電子從能級(jí)圖上來(lái)看，是因?yàn)闈M帶與空帶之間從能級(jí)圖上來(lái)看，是因?yàn)闈M帶與空帶之間有一個(gè)有一個(gè)較寬的禁帶較寬的禁帶（ eg 約約36 ev），），共有化電子很難從低能級(jí)（滿帶）躍遷到共有化電子很難從低能級(jí)（滿帶）躍遷到高能級(jí)（空帶）上去。高能級(jí)（空帶）上去。絕緣體絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體22章節(jié)課堂16-1 固體中的電子絕緣體與半導(dǎo)體的擊穿絕緣體與半導(dǎo)體的擊穿當(dāng)外電場(chǎng)非常強(qiáng)時(shí)，它們的共有化電子還是當(dāng)外電場(chǎng)非常強(qiáng)時(shí)，它們的共有化電子還是能越過(guò)禁帶躍遷

17、到上面的空帶中的。能越過(guò)禁帶躍遷到上面的空帶中的。絕緣體絕緣體半導(dǎo)體半導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體23章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)一一. . 本征半導(dǎo)體（本征半導(dǎo)體（semiconductorsemiconductor） 本征半導(dǎo)體是指純凈的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是指純凈的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能在導(dǎo)體與絕緣體之間。介紹兩個(gè)概念：介紹兩個(gè)概念：1. 1. 電子導(dǎo)電電子導(dǎo)電半導(dǎo)體的載流子是電子半導(dǎo)體的載流子是電子2. 2. 空穴導(dǎo)電空穴導(dǎo)電半導(dǎo)體的載流子是空穴半導(dǎo)體的載流子是空穴滿帶上的一個(gè)電子躍遷到空帶后滿帶上的一個(gè)電子躍遷到空帶后, ,滿帶中出現(xiàn)滿帶中出現(xiàn)一個(gè)空

18、位。一個(gè)空位。24章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)例例. . 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 cd scd s滿滿 帶帶空 帶h eg=2.42ev這相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子這相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子(稱為稱為“空穴空穴”) , 把電子抵消了。把電子抵消了。電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。25章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)空帶空帶滿帶滿帶空穴下面能級(jí)上空穴下面能級(jí)上的電子可以躍遷的電子可以躍遷到空穴上來(lái)到空穴上來(lái) , , 這這相當(dāng)于空穴向下相當(dāng)于空穴向下躍遷。躍遷。滿帶上帶正電的滿帶上帶正電的空穴向下躍遷也空穴向下躍遷也是形成電流是形成電流 , , 這這稱為稱為空穴導(dǎo)電空穴導(dǎo)電

19、。 e eg g在外電場(chǎng)作用下在外電場(chǎng)作用下, ,26章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 解解 hcheg nmc.ev.s/msj.ehcgmax51410614221031063619834 上例中上例中, ,半導(dǎo)體半導(dǎo)體 cd scd s激發(fā)電子激發(fā)電子, , 光波的波長(zhǎng)最大多長(zhǎng)？光波的波長(zhǎng)最大多長(zhǎng)？27章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)為什么半導(dǎo)體的電阻為什么半導(dǎo)體的電阻 隨溫度升高而降低？隨溫度升高而降低？28章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)二二. . 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體. n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體 s i、等，摻入少量五價(jià)的雜、等，摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)（

20、質(zhì)（impurity）元素（如）元素（如 p、as等）形成電子型半導(dǎo)等）形成電子型半導(dǎo)體體 , 稱稱 n 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的電子的能級(jí)在禁帶中緊靠空帶處帶中緊靠空帶處, ea10-2ev，極易形成電子導(dǎo)電。，極易形成電子導(dǎo)電。該能級(jí)稱為施主（該能級(jí)稱為施主（donor）能級(jí)。）能級(jí)。29章節(jié)課堂sisisisisisisi16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) n n 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在在n型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中 電子電子多數(shù)載流子多數(shù)載流子空空 帶帶滿滿 帶帶施主能級(jí)施主能級(jí)eaeg空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子p30章節(jié)課堂16

21、-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu). .型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體sisi、e e等，摻入少量等，摻入少量三價(jià)的雜質(zhì)元素（如、三價(jià)的雜質(zhì)元素（如、gaga、n n等）等）形成空穴型半導(dǎo)體，稱形成空穴型半導(dǎo)體，稱 p p 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的空穴的量子力學(xué)表明，這種摻雜后多余的空穴的能級(jí)在禁帶中緊靠滿帶處，能級(jí)在禁帶中緊靠滿帶處， e ea a1010-2-2evev，極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。該能級(jí)稱該能級(jí)稱受主（受主（acceptoracceptor）能級(jí)）能級(jí)。31章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)空空 帶帶ea滿滿 帶帶受主能級(jí)受主能級(jí)

22、p p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體sisisisisisisi+beg在在p p型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中 空穴空穴多數(shù)載流子多數(shù)載流子電子電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子32章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)三、三、 - -結(jié)結(jié)1.-結(jié)的形成結(jié)的形成由于區(qū)的電子向區(qū)擴(kuò)散，區(qū)由于區(qū)的電子向區(qū)擴(kuò)散，區(qū)的空穴向區(qū)擴(kuò)散，在型半導(dǎo)體的空穴向區(qū)擴(kuò)散，在型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體的交界面附近產(chǎn)生了和型半導(dǎo)體的交界面附近產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng)一個(gè)電場(chǎng) , 稱為內(nèi)建場(chǎng)。稱為內(nèi)建場(chǎng)。33章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)內(nèi)建場(chǎng)大到一定內(nèi)建場(chǎng)大到一定程度程度, ,不再有凈電不再有凈電荷的流動(dòng)，達(dá)到荷的流動(dòng)，達(dá)到了新的平衡。了新的平衡。在型在型 n n型交

23、界面型交界面附近形成的這種特附近形成的這種特殊結(jié)構(gòu)稱為殊結(jié)構(gòu)稱為p-np-n結(jié)，結(jié)，約約0.10.1 m m厚。厚。p-np-n結(jié)結(jié)阻阻en n型型p p型型內(nèi)建場(chǎng)阻止電子內(nèi)建場(chǎng)阻止電子和空穴進(jìn)一步擴(kuò)和空穴進(jìn)一步擴(kuò)散，記作散，記作 。阻阻e34章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)2 . -結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦裕ǎǎ?正向偏壓正向偏壓在在-結(jié)結(jié)的的 p 型區(qū)型區(qū)接電源正接電源正極，叫正極，叫正向偏壓。向偏壓。阻擋層勢(shì)壘被削弱、變窄，有利于空穴向阻擋層勢(shì)壘被削弱、變窄，有利于空穴向n區(qū)運(yùn)動(dòng)，區(qū)運(yùn)動(dòng)，電子向電子向p區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成正向電流（區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成正向電流（m級(jí)）。級(jí)）。ep型型n型型i阻阻

24、e35章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)外加正向電壓越大，外加正向電壓越大，正向電流也越大，正向電流也越大，而且是呈非線性的而且是呈非線性的伏安特性伏安特性( (圖為鍺管圖為鍺管) )。v（伏）（伏）（毫安）（毫安）正向正向00.21.0i36章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)（）（） 反向偏壓反向偏壓在在-結(jié)的型區(qū)接電源負(fù)極結(jié)的型區(qū)接電源負(fù)極,叫反向偏壓。叫反向偏壓。阻擋層勢(shì)壘增大、阻擋層勢(shì)壘增大、變寬，不利于空變寬，不利于空穴向區(qū)運(yùn)動(dòng)，穴向區(qū)運(yùn)動(dòng)，也不利于電子向也不利于電子向p區(qū)運(yùn)動(dòng)區(qū)運(yùn)動(dòng) , 沒有沒有正向電流。正向電流。ep型型n型型i阻阻e37章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)但是，由

25、于少數(shù)但是，由于少數(shù)載流子的存在，載流子的存在，會(huì)形成很弱的反會(huì)形成很弱的反向電流，向電流，當(dāng)外電場(chǎng)很強(qiáng)當(dāng)外電場(chǎng)很強(qiáng) , 反向電壓超過(guò)某一數(shù)值后，反向電壓超過(guò)某一數(shù)值后，反向電流會(huì)急劇增大反向電流會(huì)急劇增大-反向擊穿。反向擊穿。稱為漏電流稱為漏電流（ 級(jí)）。級(jí)）。擊穿電壓擊穿電壓v(伏伏)i-（微安）（微安）反向反向-20-3038章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 利用利用p-n結(jié)可以作成具有整流、開關(guān)等作用的結(jié)可以作成具有整流、開關(guān)等作用的晶體二極管（晶體二極管（diode）。）。3. 半導(dǎo)體的其他特性和應(yīng)用半導(dǎo)體的其他特性和應(yīng)用 熱敏電阻（自學(xué)）熱敏電阻（自學(xué)） 光敏電阻（自學(xué)）光敏電阻

26、（自學(xué)） 溫差電偶（自學(xué)）溫差電偶（自學(xué)） p-n結(jié)的適當(dāng)組合可以作成具有放大作用的晶結(jié)的適當(dāng)組合可以作成具有放大作用的晶體三極管（體三極管（trasistor），以及其他一些晶體管。），以及其他一些晶體管。 集成電路：集成電路：39章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1947年年12月月23日，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的半導(dǎo)體小日，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的半導(dǎo)體小組做出了世界上第一只具有放大作用的點(diǎn)接觸組做出了世界上第一只具有放大作用的點(diǎn)接觸型晶體三極管。型晶體三極管。固定針固定針b探針探針固定針固定針age晶片晶片1956年小組的三位成員獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。年小組的三位成員獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。40章節(jié)課堂16-2 半

27、導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)pnp電信號(hào)電信號(hào)cbvebvcbre后來(lái)，晶體管又從點(diǎn)接觸型發(fā)展到面接觸型。后來(lái)，晶體管又從點(diǎn)接觸型發(fā)展到面接觸型。晶體管比真空電子管體積小，重量輕，成本低，晶體管比真空電子管體積小，重量輕，成本低，可靠性高，壽命長(zhǎng)，很快成為第二代電子器件?？煽啃愿撸瑝勖L(zhǎng)，很快成為第二代電子器件。41章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)集成電路集成電路 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 下圖為下圖為inmos t900 inmos t900 微處理器微處理器: :每一個(gè)集成塊（圖中一個(gè)長(zhǎng)方形部分）每一個(gè)集成塊（圖中一個(gè)長(zhǎng)方形部分）約為手指甲大小，約為手指甲大小，它

28、有它有300300多萬(wàn)個(gè)三極管。多萬(wàn)個(gè)三極管。42章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)43章節(jié)課堂16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器是光纖通訊中的重要光源，在創(chuàng)建信半導(dǎo)體激光器是光纖通訊中的重要光源，在創(chuàng)建信息高速公路的工程中起著極重要的用。息高速公路的工程中起著極重要的用。半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)：半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)：功率可達(dá)功率可達(dá) 10102 2 m mw w效率高效率高制造方便制造方便成本低成本低所需電壓低所需電壓低( (只需只需1.51.5v v ) )體積小體積小極易與光纖接合極易與光纖接合44章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性：某些物質(zhì)在低溫下出現(xiàn)電

29、阻為零和排斥：某些物質(zhì)在低溫下出現(xiàn)電阻為零和排斥 磁力線的現(xiàn)象。這些物質(zhì)被稱為超導(dǎo)體。磁力線的現(xiàn)象。這些物質(zhì)被稱為超導(dǎo)體。轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度：物體從正常態(tài)（具有電阻）轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)：物體從正常態(tài)（具有電阻）轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo) 態(tài)（零電阻）的臨界溫度態(tài)（零電阻）的臨界溫度 。ct12 3 456)(ktrktc2 . 4 1911年，荷蘭物理學(xué)家年，荷蘭物理學(xué)家昂里斯昂里斯第一次發(fā)現(xiàn)了第一次發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。超導(dǎo)現(xiàn)象。1987年被稱為超導(dǎo)年。年被稱為超導(dǎo)年。45章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性1、零電阻（理想導(dǎo)電性）、零電阻（理想導(dǎo)電性）2、臨界磁場(chǎng)、臨界磁場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)物體處實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)物體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，若其周圍

30、于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，若其周圍環(huán)境的磁場(chǎng)足夠強(qiáng)，則環(huán)境的磁場(chǎng)足夠強(qiáng)，則可破壞其超導(dǎo)性，重新可破壞其超導(dǎo)性，重新出現(xiàn)電阻，由超導(dǎo)態(tài)變出現(xiàn)電阻，由超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)。這為正常態(tài)。這種種破壞超破壞超導(dǎo)體所需的最小磁場(chǎng)強(qiáng)導(dǎo)體所需的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為臨界磁場(chǎng)。度稱為臨界磁場(chǎng)。)(kthct)(thc超導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài)正常態(tài)正常態(tài)0圖圖14-15 臨界磁場(chǎng)與溫度關(guān)系臨界磁場(chǎng)與溫度關(guān)系 200)(1)(tththc臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度0h為為kt0 時(shí)的時(shí)的一、超導(dǎo)體的基本性質(zhì)一、超導(dǎo)體的基本性質(zhì)46章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性臨界電流密度：超導(dǎo)體中破壞超導(dǎo)電性的最小電流臨界電流密度：超導(dǎo)體中破壞超導(dǎo)電性的最小電流 密度。密

31、度。由于超導(dǎo)體中的持久電流也產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以臨界磁場(chǎng)由于超導(dǎo)體中的持久電流也產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以臨界磁場(chǎng)的存在限制了超導(dǎo)體中能夠通過(guò)的電流。的存在限制了超導(dǎo)體中能夠通過(guò)的電流。3、邁斯納效應(yīng)、邁斯納效應(yīng)1933年，邁斯納等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，年，邁斯納等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，磁通量完全被排超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，磁通量完全被排斥在超導(dǎo)體以外。這個(gè)現(xiàn)象被稱為邁斯納效應(yīng)，斥在超導(dǎo)體以外。這個(gè)現(xiàn)象被稱為邁斯納效應(yīng)，或完全抗磁性，或理想抗磁性。或完全抗磁性，或理想抗磁性。（見課本第（見課本第193面的圖）面的圖）47章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性4、超導(dǎo)能隙、超導(dǎo)能隙

32、超導(dǎo)基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間存在一個(gè)能量差，稱為超導(dǎo)基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間存在一個(gè)能量差，稱為超導(dǎo)能隙。超導(dǎo)能隙。二、超導(dǎo)體的二、超導(dǎo)體的bscbsc理論簡(jiǎn)述理論簡(jiǎn)述（課本課本400頁(yè)）頁(yè)）超導(dǎo)電性是一種量子效應(yīng)，只有根據(jù)量子力學(xué)才能超導(dǎo)電性是一種量子效應(yīng)，只有根據(jù)量子力學(xué)才能給予正確的微觀解釋。給予正確的微觀解釋。48章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性j.巴丁巴丁 提出提出bcs理理論的超導(dǎo)性論的超導(dǎo)性理論理論49章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性l.n.庫(kù)珀庫(kù)珀提 出提 出 b c s理論的超導(dǎo)理論的超導(dǎo)性理論性理論50章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性j.r.斯萊弗斯萊弗 提出提出bcs理理論的超導(dǎo)性論的超導(dǎo)性理論理論 51

33、章節(jié)課堂16-3 超導(dǎo)電性三、超導(dǎo)體的應(yīng)用前景三、超導(dǎo)體的應(yīng)用前景1、直流傳輸，低耗電能。、直流傳輸，低耗電能。2、超導(dǎo)強(qiáng)磁體。、超導(dǎo)強(qiáng)磁體。3、磁懸浮列車。、磁懸浮列車。4、超導(dǎo)電子應(yīng)用。、超導(dǎo)電子應(yīng)用。約瑟夫森效應(yīng)約瑟夫森效應(yīng)52章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)全息光學(xué)全息光學(xué) 傅立葉光學(xué)傅立葉光學(xué) 非線性光學(xué)非線性光學(xué) 激光光譜學(xué)激光光譜學(xué)l light ight a amplification by mplification by s stimulated timulated e emission of mission of r ra adiationdiationlaserlaser輻射的

34、受激發(fā)射的光放大輻射的受激發(fā)射的光放大53章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)一、原子的激發(fā)、輻射與吸收一、原子的激發(fā)、輻射與吸收1 1、原子的激發(fā)、原子的激發(fā)將原子從低能態(tài)將原子從低能態(tài)e e1 1激發(fā)到高能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)e e2 2的過(guò)程。的過(guò)程。熱激發(fā)、電激發(fā)、光激發(fā)熱激發(fā)、電激發(fā)、光激發(fā)2 2、原子的輻射、原子的輻射 處在高能級(jí)的原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)從高能級(jí)處在高能級(jí)的原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，并伴隨著發(fā)射光子。向低能級(jí)躍遷，并伴隨著發(fā)射光子。自發(fā)輻射自發(fā)輻射 受激輻射受激輻射54章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)自發(fā)輻射自發(fā)輻射 在沒有任何外界作用下，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從在沒有任何外界作

35、用下，激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，同時(shí)輻射出一光子。高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，同時(shí)輻射出一光子。滿足條件滿足條件：h =e2-e11e 2e h 1e2e隨機(jī)過(guò)程，用概率描述隨機(jī)過(guò)程，用概率描述n n2 2t t時(shí)刻處于能級(jí)時(shí)刻處于能級(jí)e e2 2上的原子數(shù)密度上的原子數(shù)密度自 dtdn21單位時(shí)間內(nèi)從高能級(jí)自發(fā)躍遷到單位時(shí)間內(nèi)從高能級(jí)自發(fā)躍遷到 低能級(jí)的原子數(shù)密度低能級(jí)的原子數(shù)密度55章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)22121nadtdn 自a a2121自發(fā)輻射系數(shù)（自發(fā)躍遷率）：表示一個(gè)原子自發(fā)輻射系數(shù)（自發(fā)躍遷率）：表示一個(gè)原子 在單位時(shí)間內(nèi)從在單位時(shí)間內(nèi)從e e2 2自發(fā)輻射到自發(fā)輻射

36、到e e1 1的概率的概率 自發(fā)輻射過(guò)程中各個(gè)原子輻射出的光子的相位、自發(fā)輻射過(guò)程中各個(gè)原子輻射出的光子的相位、偏振狀態(tài)、傳播方向等彼此獨(dú)立，因而自發(fā)輻射的偏振狀態(tài)、傳播方向等彼此獨(dú)立，因而自發(fā)輻射的光是非相干光。光是非相干光。56章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)受激輻射受激輻射 處于高能級(jí)處于高能級(jí)e e2 2上的原子，受到能量為上的原子，受到能量為h h = e= e2 2- e- e1 1的外來(lái)光子的激勵(lì)，由高能級(jí)的外來(lái)光子的激勵(lì)，由高能級(jí)e e2 2受迫躍遷到低能級(jí)受迫躍遷到低能級(jí)e e1 1，同時(shí)輻射出一個(gè)與激勵(lì)光子同時(shí)輻射出一個(gè)與激勵(lì)光子全同全同的光子。的光子。頻率、相位、偏振態(tài)、頻率、

37、相位、偏振態(tài)、傳播方向等均同傳播方向等均同 1e2e h h 1e2e h57章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)隨機(jī)過(guò)程，用概率描述隨機(jī)過(guò)程，用概率描述n n2 2t t時(shí)刻處于能級(jí)時(shí)刻處于能級(jí)e e2 2上的原子數(shù)密度上的原子數(shù)密度受 dtdn21單位時(shí)間內(nèi)從高能級(jí)單位時(shí)間內(nèi)從高能級(jí)e e2 2受激躍遷到受激躍遷到 低能級(jí)低能級(jí)e e1 1的原子數(shù)密度的原子數(shù)密度i i激勵(lì)光強(qiáng)激勵(lì)光強(qiáng)22121nikbdtdn 受b b2121受激輻射系數(shù)（由原子本身性質(zhì)決定）受激輻射系數(shù)（由原子本身性質(zhì)決定）=w=w2121( (受激輻射躍遷概率受激輻射躍遷概率) )w w2121表示一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從表示一

38、個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從e e2 2受激輻射受激輻射 躍遷到躍遷到e e1 1的概率的概率58章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)3 3、受激吸收受激吸收( (共振吸收或光的吸收共振吸收或光的吸收) ) 能量為能量為h h = e= e2 2- e- e1 1的光子入射原子系統(tǒng)時(shí)，原子的光子入射原子系統(tǒng)時(shí)，原子吸收此光子從低能級(jí)吸收此光子從低能級(jí)e e1 1躍遷到高能級(jí)躍遷到高能級(jí)e e2 2。n n1 1t t時(shí)刻處于能級(jí)時(shí)刻處于能級(jí)e e1 1上的原子數(shù)密度上的原子數(shù)密度受 dtdn12單位時(shí)間內(nèi)由于吸收光子從單位時(shí)間內(nèi)由于吸收光子從e e1 1躍遷躍遷 到到e e2 2的原子數(shù)密度的原子數(shù)密度i i入

39、射光強(qiáng)入射光強(qiáng)59章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)11212nikbdtdn 吸=w12(受激吸收躍遷概率受激吸收躍遷概率)一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從能級(jí)從能級(jí)e1發(fā)生受激吸收發(fā)生受激吸收躍遷到躍遷到e2的概率的概率b12受激吸收系數(shù)受激吸收系數(shù)（由原子本身性質(zhì)決定）（由原子本身性質(zhì)決定）三種過(guò)程之間存在內(nèi)在聯(lián)系三種過(guò)程之間存在內(nèi)在聯(lián)系a21 、b21 、b12?以熱平衡狀態(tài)下的輻射過(guò)程導(dǎo)出三者的關(guān)系以熱平衡狀態(tài)下的輻射過(guò)程導(dǎo)出三者的關(guān)系有一處于熱平衡態(tài)的有一處于熱平衡態(tài)的e1 、e2二能級(jí)原子系統(tǒng)二能級(jí)原子系統(tǒng)60章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)能量守恒能量守恒單位體積單位時(shí)間內(nèi)原子系統(tǒng)

40、的輻射單位體積單位時(shí)間內(nèi)原子系統(tǒng)的輻射 能量應(yīng)等于吸收能量，有能量應(yīng)等于吸收能量，有 hdtdnhdtdnhdtdn吸受自 121212112221221nkibnkibna )(112221221nwnwna 原子的受激輻射躍遷幾率等于受激吸收躍遷概率原子的受激輻射躍遷幾率等于受激吸收躍遷概率 bbbww 1221122161章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)二、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布二、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 激光是通過(guò)受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大，即要使受激激光是通過(guò)受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大，即要使受激輻射超過(guò)吸收和自發(fā)輻射輻射超過(guò)吸收和自發(fā)輻射受激輻射和受激吸收的關(guān)系受激輻射和受激吸收的關(guān)系 單位時(shí)間單位體積內(nèi)受激輻射和受激

41、吸收的單位時(shí)間單位體積內(nèi)受激輻射和受激吸收的光子數(shù)之差為光子數(shù)之差為凈增輻射光子數(shù)凈增輻射光子數(shù))(121122211212nnkibnwnwdtdndtdn 吸受62章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ))(121122211212nnkibnwnwdtdndtdn 吸受當(dāng)當(dāng)n n2 2 n n1 1( (n n2 2 n n1 1) )，受激輻射光子數(shù)，受激輻射光子數(shù) 被吸收的光子數(shù)被吸收的光子數(shù)根據(jù)玻爾茲曼根據(jù)玻爾茲曼能量分布律能量分布律n n1 1 n n1 1e e1 1能級(jí)上的總粒子數(shù)、粒子數(shù)密度能級(jí)上的總粒子數(shù)、粒子數(shù)密度n n2 2 n n2 2e e2 2能級(jí)上的總粒子數(shù)、粒子數(shù)密度能級(jí)

42、上的總粒子數(shù)、粒子數(shù)密度kteeenn)(1212 t=300k,kt t=300k,kt 0.025ev,e 0.025ev,e2 2-e-e1 1 1ev 1evn n2 2/n/n1 1 40 e63章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ) 熱動(dòng)平衡下，熱動(dòng)平衡下， n n2 2n n1 1，即處于高能級(jí)的原子數(shù)即處于高能級(jí)的原子數(shù)大大少于低能級(jí)的原子數(shù)大大少于低能級(jí)的原子數(shù)粒子數(shù)的正常分布粒子數(shù)的正常分布受激輻射占支配地位受激輻射占支配地位粒子數(shù)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)高能級(jí)上的粒高能級(jí)上的粒子數(shù)超過(guò)低能子數(shù)超過(guò)低能級(jí)上的粒子數(shù)級(jí)上的粒子數(shù)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件：要有實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物

43、質(zhì)，這種物質(zhì)具有要有實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)，這種物質(zhì)具有 適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu)；適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu)；必須從外界輸入能量，使工作物質(zhì)中盡可能多的必須從外界輸入能量，使工作物質(zhì)中盡可能多的 粒子處于激發(fā)態(tài)。（粒子處于激發(fā)態(tài)。（激勵(lì)激勵(lì)或或泵浦泵浦）64章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)激勵(lì)方法：激勵(lì)方法：光激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)光激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)工作物質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu)：工作物質(zhì)的能級(jí)結(jié)構(gòu)：具有亞穩(wěn)態(tài)具有亞穩(wěn)態(tài)( (壽命較長(zhǎng)壽命較長(zhǎng)) )只有具有亞穩(wěn)態(tài)的工作物質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)只有具有亞穩(wěn)態(tài)的工作物質(zhì)才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)65章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)s11s32s12s5s4s3p2p3p4heneev66.20

44、ev78.19ev70.16ev70.18ev30.20 39. 36328 15. 1電子碰撞電子碰撞碰撞轉(zhuǎn)移碰撞轉(zhuǎn)移hehe、nene原子部分能級(jí)圖原子部分能級(jí)圖66章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)三、光學(xué)諧振腔三、光學(xué)諧振腔輸出輸出全反射鏡全反射鏡（100%反射鏡）反射鏡）部分透光反射鏡部分透光反射鏡（98%反射）反射）光光學(xué)學(xué)諧諧振振腔腔激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)原子原子基基態(tài)態(tài)受激輻射受激輻射自發(fā)輻射自發(fā)輻射實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活介質(zhì)分布的激活介質(zhì)輻射的光的位相、偏輻射的光的位相、偏振狀態(tài)、頻率、傳播振狀態(tài)、頻率、傳播方向是隨機(jī)的。方向是隨機(jī)的。67章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)光學(xué)諧振腔的作用：光學(xué)諧振腔的作用： 1.使激光具有極好的使激光具有極好的方向性方向性（沿軸線）；（沿軸線）； 2.增強(qiáng)增強(qiáng)光放大光放大作用（延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）；作用（延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）； 3.使激光具有極好的使激光具有極好的單色性單色性（選頻）。（選頻）。輸出輸出全反射鏡全反射鏡（100%反射鏡）反射鏡）部分透光反射鏡部分透光反射鏡（98%反射）反射）光光學(xué)學(xué)諧諧振振腔腔68章節(jié)課堂16-4 激光基礎(chǔ)激激光光器器激活介質(zhì)：具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)激活介質(zhì)：具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)光學(xué)諧振腔：維持光振蕩光學(xué)諧振腔：維持光振蕩激勵(lì)能源：供給能量，輸出激光激勵(lì)能源：供給能量，輸出激光69章節(jié)課堂16-4