大學(xué)物理第三部分量子與宇宙學(xué)之第16章固體導(dǎo)電理論課件

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、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(méi)有。2、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)。3、晶體具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體卻沒(méi)有，隨著溫度的升高而逐漸軟化，逐漸增加其流動(dòng)性。第16章 固體導(dǎo)電理論固體：通常是指在承受切應(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。固體分類（按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分）非晶態(tài)固體（非晶體）晶態(tài)固體（晶體）晶體和非晶體的主要區(qū)別：16-1 固體中的電子電子的共有化：晶體中電子運(yùn)動(dòng)的研究方法：只能采用一些近似方法晶格：晶體中原子的

2、規(guī)則排列組成晶格，所有的晶 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 個(gè)原胞包含著兩個(gè)或更多的原子。最常見(jiàn)的是單電子近似法第一步是絕熱近似第二步是自洽場(chǎng)方法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 長(zhǎng)為L(zhǎng)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。勢(shì)能取為零。則電子的薛定諤方程：解此方程并取邊界條件再由歸一化條件可得波函數(shù)和能級(jí)：16-1 固體中的電子把此結(jié)果推廣到三維情況。金屬樣品為一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的立方體，有三維薛定諤方程：對(duì)應(yīng)的波函數(shù)和能級(jí)為：16-1 固體中的電子的例

3、 16 -1狀態(tài)函數(shù)（態(tài)函數(shù)，能級(jí)密度函數(shù)）： 為粒子在 能量間隔內(nèi)的狀態(tài)數(shù) 與能量間隔 之比，即由知：對(duì)于給定的 E ，必然對(duì)應(yīng)若干組量子數(shù) ，若 為坐標(biāo)軸，做一量子數(shù)空間，則上式表示一個(gè)半徑為 的球面。滿足上式的任意一組正整數(shù)相當(dāng)于 球面上的一個(gè)點(diǎn) 。16-1 固體中的電子能量小于E的電子狀態(tài)數(shù)Z等于該 的球體體積，即 上式對(duì)能量求導(dǎo)數(shù)就得到能量在E-dE范圍內(nèi)的電子狀態(tài)數(shù)因此態(tài)密度為其中16-1 固體中的電子二、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。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)米狄拉克統(tǒng)計(jì)規(guī)律：費(fèi)米能：在能級(jí) E 上每個(gè)量子態(tài)平

4、均分配的粒子數(shù)。16-1 固體中的電子01.E01.E是絕對(duì)零度時(shí)電子所占據(jù)的最高能級(jí)。16-1 固體中的電子16-1 固體中的電子三、電子能帶(energy band) 圖14-4 晶體中的庫(kù)侖周期場(chǎng).電子的能量是量子化的;.電子的運(yùn)動(dòng)有隧道效應(yīng)。原子的外層電子(高能級(jí))， 勢(shì)壘穿透概率較大， 電子可以在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng),稱為共有化電子。原子的內(nèi)層電子與原子核結(jié)合較緊,一般不是 共有化電子。16-1 固體中的電子V圖14：一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，使電子的勢(shì)能函數(shù)也具有周期性，所以：其中 a 是晶格常數(shù)，n 是任意整數(shù)。其中 為一維波矢量，u(x)也

5、是 x 的周期函數(shù)，即根據(jù)布洛赫定理，當(dāng)勢(shì)能函數(shù)是坐標(biāo) x 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：16-1 固體中的電子設(shè)晶體共有N個(gè)原胞，則晶體長(zhǎng)度 L = N a應(yīng)用波函數(shù)應(yīng)滿足的周期條件：即得16-1 固體中的電子克龍尼克潘納模型：把圖14所示的一維無(wú)限長(zhǎng)周期勢(shì)場(chǎng)簡(jiǎn)化為無(wú)限長(zhǎng)周期方勢(shì)壘。0baxV(x)圖14-5 克龍尼克潘納模型勢(shì)阱其勢(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 k有關(guān)，圖14-7畫(huà)出了E-k關(guān)系的一條曲線。16-1 固體中的電子k 滿足周期條件：又因?yàn)?量子力學(xué)計(jì)算表明，固體中若有N個(gè)原子，由于各原子間的相互作用，對(duì)應(yīng)于原來(lái)孤立原子的每一個(gè)能

6、級(jí),變成了N條靠得很近的能級(jí),稱為能帶。能帶的寬度記作E ，數(shù)量級(jí)為 EeV。 若N1023,則能帶中兩能級(jí)的間距約10-23eV。16-1 固體中的電子一般規(guī)律： 1. 越是外層電子，能帶越寬，E越大。 2. 點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬，E越大。 3. 兩個(gè)能帶有可能重疊。16-1 固體中的電子離子間距a2P2S1SE0能帶重疊示意圖16-1 固體中的電子 1滿帶（排滿電子） 2價(jià)帶（能帶中一部分能級(jí)排滿電子） 亦稱導(dǎo)帶 3空帶（未排電子） 亦稱導(dǎo)帶 4禁帶（不能排電子）三 . 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 某一能級(jí)上。 排布原則： . 服從泡里不相容原理（費(fèi)米子） .

7、 服從能量最小原理概念16-1 固體中的電子導(dǎo)體和絕緣體（conductor insulator） 它們的導(dǎo)電性能不同， 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導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體16-1 固體中的電子導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體EgEgEg16-1 固體中的電子 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。從能級(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。E導(dǎo)體 的能帶結(jié)構(gòu),滿帶與空帶之間也是禁帶， 但是禁帶很窄（E g 約0.12 eV )。 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。16-1 固體中的電子從能級(jí)圖上

8、來(lái)看，是因?yàn)闈M帶與空帶之間有一個(gè)較寬的禁帶（Eg 約36 eV），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。絕緣體半導(dǎo)體16-1 固體中的電子絕緣體與半導(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能越過(guò)禁帶躍遷到上面的空帶中的。絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)一. 本征半導(dǎo)體（semiconductor） 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。介紹兩個(gè)概念：1. 電子導(dǎo)電半導(dǎo)體的載流子是電子2. 空穴導(dǎo)電半導(dǎo)體的載流子是空穴滿帶上的一個(gè)電子躍遷到空帶后,滿帶中出現(xiàn)一個(gè)空位。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)例. 半導(dǎo)體 Cd S滿 帶空 帶hE

9、g=2.42eV這相當(dāng)于產(chǎn)生了一個(gè)帶正電的粒子(稱為“空穴”) , 把電子抵消了。電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)空帶滿帶空穴下面能級(jí)上的電子可以躍遷到空穴上來(lái) , 這相當(dāng)于空穴向下躍遷。滿帶上帶正電的空穴向下躍遷也是形成電流 , 這稱為空穴導(dǎo)電。Eg在外電場(chǎng)作用下,16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)解上例中,半導(dǎo)體 Cd S激發(fā)電子, 光波的波長(zhǎng)最大多長(zhǎng)？16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)為什么半導(dǎo)體的電阻 隨溫度升高而降低？16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)二. 雜質(zhì)半導(dǎo)體. n型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體 S i、等，摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)（impurity）元素（如 P、As等）形成電子型半導(dǎo)體

10、, 稱 n 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)在禁帶中緊靠空帶處, Ea10-2eV，極易形成電子導(dǎo)電。該能級(jí)稱為施主（donor）能級(jí)。SiSiSiSiSiSiSi16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) n 型半導(dǎo)體 在n型半導(dǎo)體中 電子多數(shù)載流子空 帶滿 帶施主能級(jí)EaEg空穴少數(shù)載流子P16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu).型半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體Si、e等，摻入少量三價(jià)的雜質(zhì)元素（如、Ga、n等）形成空穴型半導(dǎo)體，稱 p 型半導(dǎo)體。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，Ea10-2eV，極易產(chǎn)生空穴導(dǎo)電。該能級(jí)稱受主（acceptor）能級(jí)。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)空

11、 帶Ea滿 帶受主能級(jí) P型半導(dǎo)體SiSiSiSiSiSiSi+BEg在p型半導(dǎo)體中 空穴多數(shù)載流子電子少數(shù)載流子16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)三、 -結(jié)1.-結(jié)的形成由于區(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)體和型半導(dǎo)體的交界面附近產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng) , 稱為內(nèi)建場(chǎng)。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)內(nèi)建場(chǎng)大到一定程度,不再有凈電荷的流動(dòng)，達(dá)到了新的平衡。在型 n型交界面附近形成的這種特殊結(jié)構(gòu)稱為P-N結(jié)，約0.1m厚。P-N結(jié)n型p型內(nèi)建場(chǎng)阻止電子和空穴進(jìn)一步擴(kuò)散，記作 。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)2 . -結(jié)的單向?qū)щ娦裕ǎ?正向偏壓在-結(jié)的 p 型區(qū)接電源正極，叫正向偏壓。阻擋層勢(shì)壘被削弱、變窄

12、，有利于空穴向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，電子向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成正向電流（m級(jí)）。p型n型I16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)外加正向電壓越大，正向電流也越大，而且是呈非線性的伏安特性(圖為鍺管)。V（伏）（毫安）正向00.21.0I16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)（） 反向偏壓在-結(jié)的型區(qū)接電源負(fù)極,叫反向偏壓。阻擋層勢(shì)壘增大、變寬，不利于空穴向區(qū)運(yùn)動(dòng)，也不利于電子向P區(qū)運(yùn)動(dòng) , 沒(méi)有正向電流。p型n型I16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)但是，由于少數(shù)載流子的存在，會(huì)形成很弱的反向電流，當(dāng)外電場(chǎng)很強(qiáng) , 反向電壓超過(guò)某一數(shù)值后，反向電流會(huì)急劇增大-反向擊穿。稱為漏電流（級(jí)）。擊穿電壓V(伏)I-（微安）反向-20-3016-2 半導(dǎo)

13、體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 利用P-N結(jié)可以作成具有整流、開(kāi)關(guān)等作用的晶體二極管（diode）。3. 半導(dǎo)體的其他特性和應(yīng)用 熱敏電阻（自學(xué)） 光敏電阻（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體三極管（trasistor），以及其他一些晶體管。 集成電路：16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)1947年12月23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)接觸型晶體三極管。固定針B探針固定針AGe晶片1956年小組的三位成員獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)pnp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。晶體管比真空電子管體積小，重量輕，

14、成本低，可靠性高，壽命長(zhǎng)，很快成為第二代電子器件。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)集成電路 大規(guī)模集成電路 超大規(guī)模集成電路 下圖為INMOS T900 微處理器: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，它有300多萬(wàn)個(gè)三極管。16-2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)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。半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)：功率可達(dá) 102 mW效率高制造方便成本低所需電壓低(只需1.5V )體積小極易與光纖接合16-3 超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性：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。轉(zhuǎn)變溫度：物體

15、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 。123456R1911年，荷蘭物理學(xué)家昂里斯第一次發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象。1987年被稱為超導(dǎo)年。16-3 超導(dǎo)電性1、零電阻（理想導(dǎo)電性）2、臨界磁場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)物體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，若其周圍環(huán)境的磁場(chǎng)足夠強(qiáng)，則可破壞其超導(dǎo)性，重新出現(xiàn)電阻，由超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)。這種破壞超導(dǎo)體所需的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為臨界磁場(chǎng)。H超導(dǎo)態(tài)正常態(tài)0圖14-15 臨界磁場(chǎng)與溫度關(guān)系臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度為時(shí)的一、超導(dǎo)體的基本性質(zhì)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 密度。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)的存在限制了超導(dǎo)體中能夠通過(guò)的電流。3、

16、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)，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)，或完全抗磁性，或理想抗磁性。（見(jiàn)課本第193面的圖）16-3 超導(dǎo)電性4、超導(dǎo)能隙超導(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。二、超導(dǎo)體的BSC理論簡(jiǎn)述（課本400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)才能給予正確的微觀解釋。16-3 超導(dǎo)電性J.巴丁 提出BCS理論的超導(dǎo)性理論1972諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)16-3 超導(dǎo)電性L.N.庫(kù)珀提出BCS理論的超導(dǎo)性理論1972諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)16-3 超導(dǎo)電性J.R.斯萊弗 提出BCS理論的超導(dǎo)性理論 19

17、72諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)16-3 超導(dǎo)電性三、超導(dǎo)體的應(yīng)用前景1、直流傳輸，低耗電能。2、超導(dǎo)強(qiáng)磁體。3、磁懸浮列車。4、超導(dǎo)電子應(yīng)用。約瑟夫森效應(yīng)16-4 激光基礎(chǔ)全息光學(xué) 傅立葉光學(xué) 非線性光學(xué) 激光光譜學(xué)Light Amplification by Stimulated Emission of RadiationLaser輻射的受激發(fā)射的光放大16-4 激光基礎(chǔ)一、原子的激發(fā)、輻射與吸收1、原子的激發(fā)將原子從低能態(tài)E1激發(fā)到高能態(tài)E2的過(guò)程。熱激發(fā)、電激發(fā)、光激發(fā)2、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)向低能級(jí)躍遷，并伴隨著發(fā)射光子。自發(fā)輻射 受激輻射16-4 激光基礎(chǔ)自發(fā)輻射

18、 在沒(méi)有任何外界作用下，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。滿足條件：h=E2-E1隨機(jī)過(guò)程，用概率描述n2t時(shí)刻處于能級(jí)E2上的原子數(shù)密度單位時(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16-4 激光基礎(chǔ)A21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E2自發(fā)輻射到E1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、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。16-4 激光基礎(chǔ)受激輻射 處于高能級(jí)E2上的原子，受到能量為h= E2- E1的外來(lái)光子的激勵(lì)，由高能級(jí)E2受迫躍遷到低能級(jí)E1，同時(shí)輻射出一個(gè)與激勵(lì)光子全同的光子。頻率、相位、偏振態(tài)

19、、傳播方向等均同16-4 激光基礎(chǔ)隨機(jī)過(guò)程，用概率描述n2t時(shí)刻處于能級(jí)E2上的原子數(shù)密度單位時(shí)間內(nèi)從高能級(jí)E2受激躍遷到 低能級(jí)E1的原子數(shù)密度I激勵(lì)光強(qiáng)B21受激輻射系數(shù)（由原子本身性質(zhì)決定）=W21(受激輻射躍遷概率)W21表示一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從E2受激輻射 躍遷到E1的概率16-4 激光基礎(chǔ)3、受激吸收(共振吸收或光的吸收) 能量為h= E2- E1的光子入射原子系統(tǒng)時(shí)，原子吸收此光子從低能級(jí)E1躍遷到高能級(jí)E2。n1t時(shí)刻處于能級(jí)E1上的原子數(shù)密度單位時(shí)間內(nèi)由于吸收光子從E1躍遷 到E2的原子數(shù)密度I入射光強(qiáng)16-4 激光基礎(chǔ)=W12(受激吸收躍遷概率)一個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)從能級(jí)

20、E1發(fā)生受激吸收躍遷到E2的概率B12受激吸收系數(shù)（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A(chǔ)21 、B21 、B12以熱平衡狀態(tài)下的輻射過(guò)程導(dǎo)出三者的關(guān)系有一處于熱平衡態(tài)的E1 、E2二能級(jí)原子系統(tǒng)16-4 激光基礎(chǔ)能量守恒單位體積單位時(shí)間內(nèi)原子系統(tǒng)的輻射 能量應(yīng)等于吸收能量，有原子的受激輻射躍遷幾率等于受激吸收躍遷概率16-4 激光基礎(chǔ)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 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)之差為凈增輻射光子數(shù)16-4 激光基礎(chǔ)當(dāng)n2n1(N2N1)，受激輻射光子數(shù)被吸收的光子數(shù)根據(jù)玻爾茲曼

21、能量分布律N1 n1E1能級(jí)上的總粒子數(shù)、粒子數(shù)密度N2 n2E2能級(jí)上的總粒子數(shù)、粒子數(shù)密度T=300K,kT 0.025eV,E2-E1 1eVN2/N1 16-4 激光基礎(chǔ) 熱動(dòng)平衡下， N2N1，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)粒子數(shù)的正常分布受激輻射占支配地位粒子數(shù)反轉(zhuǎn)高能級(jí)上的粒子數(shù)超過(guò)低能級(jí)上的粒子數(shù)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)分布的物質(zhì)，這種物質(zhì)具有 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 粒子處于激發(fā)態(tài)。（激勵(lì)或泵浦）16-4 激光基礎(chǔ)激勵(lì)方法：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)：具有亞穩(wěn)態(tài)(壽命較長(zhǎng))只有具有亞穩(wěn)態(tài)的工作物質(zhì)

22、才能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)16-4 激光基礎(chǔ)電子碰撞碰撞轉(zhuǎn)移He、Ne原子部分能級(jí)圖16-4 激光基礎(chǔ)三、光學(xué)諧振腔輸出全反射鏡（100%反射鏡）部分透光反射鏡（98%反射）光學(xué)諧振腔激發(fā)態(tài)原子基態(tài)受激輻射自發(fā)輻射實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活介質(zhì)輻射的光的位相、偏振狀態(tài)、頻率、傳播方向是隨機(jī)的。16-4 激光基礎(chǔ)光學(xué)諧振腔的作用： 1.使激光具有極好的方向性（沿軸線）； 2.增強(qiáng)光放大作用（延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）； 3.使激光具有極好的單色性（選頻）。輸出全反射鏡（100%反射鏡）部分透光反射鏡（98%反射）光學(xué)諧振腔16-4 激光基礎(chǔ)激光器激活介質(zhì)：具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)結(jié)構(gòu)光學(xué)諧振腔：維持光振蕩激勵(lì)能源：供給能量，輸出激光16-4 激光基礎(chǔ)例. He