光電子學(xué) (第一章1)

光電子學(xué)基礎(chǔ)第一章光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)第一講

湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院，王玲玲2016年03月物理與微電子科學(xué)學(xué)院SchoolofPhysicsandMicroelectronicsScience善教者，使人繼其事請(qǐng)關(guān)掉手機(jī)王玲lwang@

QQ：512897575辦公室：知新樓203課程網(wǎng)址：/G2S/Template/View.aspx?action=view&courseType=0&courseId=731一、講授內(nèi)容（1）

二、前言

第一章光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-4黑體輻射

§1-3熱輻射的一般概念§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說§2-3介子中的增益飽和與燒孔效應(yīng)§2-2光在介質(zhì)中的小信號(hào)增益§2-1粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布第二章介質(zhì)中的光增益一、講授內(nèi)容（2）二、前言

第三章激光振蕩與工作特性一、講授內(nèi)容（3）二、前言

§3-5激光的橫模及高斯光束§3-4激光的縱模與頻率特性

§3-3激光產(chǎn)生的閾值條件

§3-2光學(xué)諧振腔

§3-1激光的特性§3-6連續(xù)激光器的輸出功率與最佳透過率

§4-7光纖損耗與色散§4-6光纖中電磁波模式理論§4-4矩形介質(zhì)波導(dǎo)基本概念§4-3平板波導(dǎo)的電磁理論§4-2介質(zhì)平板光波導(dǎo)的射線分析方法§4-1光在介質(zhì)分界面上的反射與折射§4-8光波導(dǎo)裝置與應(yīng)用§4-5光纖中的射線分析（上、下）第四章光輻射在介質(zhì)波導(dǎo)中的傳播一、講授內(nèi)容（4）二、前言

§5-4光輻射的探測方法

§5-3光輻射探測過程中的噪聲

§5-2光探測的基本物理效應(yīng)

§5-1物質(zhì)中的光吸收第五章光輻射的探測一、講授內(nèi)容（5）二、前言

§6-4倍頻和混頻§6-3位相匹配§6-5光參量放大與振蕩§6-6受激散射§6-1非線性光學(xué)的物理基礎(chǔ)§6-2非線性介質(zhì)中的電磁波傳播方程第五章非線性光學(xué)一、講授內(nèi)容（6）二、前言

光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)1§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-4黑體輻射

§1-3熱輻射的一般概念§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說第一講要點(diǎn)回顧麥克斯韋方程；麥?zhǔn)戏匠虒?dǎo)出波動(dòng)方程;

解波動(dòng)方程;

電磁波性質(zhì);

介紹課程內(nèi)容物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量關(guān)系1

32《光電子學(xué)教程》

張季熊編著華南理工大學(xué)出版社

2005年1月第1版第3次印刷《光電子學(xué)原理應(yīng)用》

王雨三、張中華、林殿陽編著哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005年5月第2版

2005年5月第3次印刷教材

參考書

一、講授內(nèi)容二、前言§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說

§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論教材及參考書光電子技術(shù)基礎(chǔ):各種技術(shù)基本規(guī)律光電子學(xué)與光電子技術(shù)

傅立葉光學(xué)

激光與紅外物理學(xué)非線性光學(xué)強(qiáng)光光學(xué)效應(yīng)電光效應(yīng)磁光效應(yīng)彈（聲）光效應(yīng)半導(dǎo)體光電子學(xué)光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)發(fā)光效應(yīng)非線性光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)波光學(xué)非線性光學(xué)效應(yīng)介質(zhì)導(dǎo)波效應(yīng)光電子學(xué)混頻移頻鎖模調(diào)激光Q

光載波源復(fù)用傳感調(diào)制偏轉(zhuǎn)開關(guān)光信號(hào)加載反饋中繼偏振隔離耦合波導(dǎo)光信號(hào)傳輸存儲(chǔ)全息濾波共軛頻譜卷積相關(guān)邏輯延遲放大補(bǔ)償整形解調(diào)光信號(hào)處理探測顯示光信號(hào)接收§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言?光源傳輸調(diào)制探測成像顯示光電子技術(shù)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言按信息傳遞的各個(gè)環(huán)節(jié)劃分§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言新型光學(xué)和光電子器件光學(xué)與電子學(xué)結(jié)合—光電子學(xué)—研究光與物質(zhì)相互作用新興學(xué)科，電子技術(shù)在光頻波段延續(xù)與發(fā)展。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言研究光（相干光）產(chǎn)生，傳輸，控制和探測技術(shù)。

定義課程做到：1基礎(chǔ)知識(shí)傳授：物理概念及理論方法；2理論與實(shí)踐結(jié)合：光電子學(xué)在有關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言

出發(fā)點(diǎn)：

一完整信息系統(tǒng)包括光載波源，光信號(hào)傳播，光信號(hào)調(diào)制，光信號(hào)探測與解調(diào)。太赫茲科學(xué)（THz）THzGap頻率：0.1–10THz（3–0.03mm）

宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過渡頻段所有大分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)頻率電子，信息，生命，國防，航天應(yīng)用前景§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言狗紅外線照片

紅外線（Infrared）：介微波與可見光間EM波，760nm-1mm，比紅光長非可見。覆蓋物體發(fā)熱輻射波段。穿透云霧能力比可見光強(qiáng)—紅外光，通訊，探測，醫(yī)療，軍事用。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言課程介紹：1234輻射概念，光產(chǎn)生、傳輸、探測為線索，闡述：激光產(chǎn)生原理與特性、

光在介質(zhì)中傳輸特性及光探測原理與方法、非線性光學(xué)；

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言注重例:太陽能電池內(nèi)容

介紹光電子學(xué)；物理概念，理論聯(lián)系實(shí)際，涉光電子學(xué)領(lǐng)域。工作原理，效應(yīng)：1.光熱2.光電3.光化

使學(xué)生了解光電子學(xué)研究對(duì)象范圍及應(yīng)用§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論電磁波理論半導(dǎo)體物理固體物理

激光物理先修課程物理光學(xué)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容二、前言3.激光特性4.激光應(yīng)用231激光基礎(chǔ)：

愛因斯坦受激輻射理論第一臺(tái)激光器發(fā)明：

1960梅曼紅寶石激光器

激光特性：

單色性好方向性好亮度高高量子簡并度§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、講授內(nèi)容

二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明激光器受激發(fā)射放大相干光輻射（激光）。19600707，紐約時(shí)報(bào)，梅曼世界第一臺(tái)紅寶石激光器，閃光燈光線照進(jìn)手指大紅寶石晶體，相干脈沖激光束。頂尖實(shí)驗(yàn)室爭第一發(fā)明激光器，其雇主洛杉磯休斯飛機(jī)公司勝。1激光“鐳射”，“萊塞”，LASER，LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，“受激輻射光放大”。1964錢學(xué)森“光受激發(fā)射”—“激光”。2希爾·多梅曼

19600517，TedMaiman（梅曼）發(fā)明第一臺(tái)激光器固體激光器§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.激光特性4.激光應(yīng)用一、講授內(nèi)容二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明

1234工業(yè)加工軍事醫(yī)學(xué)存儲(chǔ)信息光通訊15核聚變§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.激光特性4.激光應(yīng)用一、講授內(nèi)容

二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.激光特性4.激光應(yīng)用一、講授內(nèi)容二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明激光束聚焦材料表面熔化，光束與材料沿定軌跡相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成一定形狀切縫；

金剛石鋸片激光焊接成套設(shè)備和焊成金剛石鋸片§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說

§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①工業(yè)加工②軍事上應(yīng)用③醫(yī)學(xué)上應(yīng)用3.激光特性4.激光應(yīng)用一、講授內(nèi)容二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明改善和火焰切割切口質(zhì)量，推廣氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。武器§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①工業(yè)加工②軍事上應(yīng)用③醫(yī)學(xué)上應(yīng)用3.激光特性4.激光應(yīng)用一、講授內(nèi)容二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明雷達(dá)測速測距通信敵我識(shí)別制導(dǎo)穿耳

打孔（治結(jié)石）生命科學(xué)診斷治療

齲齒診斷脫礦，淺齲隱匿齲治療切割充填物聚合，窩洞處理§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①工業(yè)加工②軍事上應(yīng)用③醫(yī)學(xué)上應(yīng)用3.激光特性4.激光應(yīng)用一、講授內(nèi)容二、前言1.激光理論基礎(chǔ)2.第一臺(tái)激光器發(fā)明其出現(xiàn)，強(qiáng)武器，物質(zhì)世界深入探索，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)新規(guī)律

無法以宏觀理論為基礎(chǔ)

微?；虿▌?dòng)說完善，波粒二象性描述微觀世界物質(zhì)波動(dòng)特征；光波粒二象性，波動(dòng)微粒性，光與物質(zhì)互作用現(xiàn)象及規(guī)律深認(rèn)識(shí)

光認(rèn)識(shí)經(jīng)歷

微粒說

納米電子學(xué)波粒二象性波動(dòng)說對(duì)光屬性§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說

§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論J-I密度-電荷密度總結(jié)變化E產(chǎn)生H，變化H產(chǎn)生E，描述EM場規(guī)律。麥克斯韋方程：目的：麥克斯韋方程導(dǎo)出波動(dòng)方程！

旋度散度詹姆斯·克拉克·麥克斯韋一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)麥克斯韋創(chuàng)立EM波理論，光短EM波，適光波。

1電場量

2磁場量電場強(qiáng)度E

電位移矢量D

磁感應(yīng)強(qiáng)度B

磁場強(qiáng)度H

關(guān)系:

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論積分形式

一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論10.圓周長公式c=2r9.傅立葉變換8.德布羅意方程組p=hk,E=h7.1+1=26.薛定諤方程5.質(zhì)能方程E0=mc24.勾股定理/畢達(dá)哥拉斯定理a2+b2=c23.牛頓第二定律F=ma2.歐拉公式ei+1=01.麥克斯韋方程組世界上最偉大十個(gè)公式：一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論高斯定理：斯托克斯定律：

高斯定理，斯托克斯定律散度旋度用到解麥克斯韋方程組得波動(dòng)方程中一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論J-I密度散度-電荷密度旋度微分形式

一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論（Ⅳ）隨時(shí)間變化電場激發(fā)渦旋磁場（Ⅰ）電位移矢量或電感應(yīng)強(qiáng)度D散度=電荷密度0，電場有源場

（Ⅲ）

磁感強(qiáng)度B散度0，磁場無源場

麥克斯韋方程組物理意義（Ⅱ）隨時(shí)間變化磁場激發(fā)渦旋電場一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論不符合右手法則（負(fù)）tB??符合右手法則（正）tD??電場與磁場激發(fā)一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論電磁波傳播電場波源磁場磁場磁場磁場磁場電場電場電場確定E和H，了解D與E,B與H關(guān)系。

靜止線性，各向同性介質(zhì)：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

麥?zhǔn)戏匠探M麥?zhǔn)戏匠探M導(dǎo)出E或H變化規(guī)律。

求E微分方程。（1-1-2）E旋度兩邊取旋度：

(1-1-6)及(1-1-1)帶入(1-1-8)：各向異性，D(1-1-5)帶入(1-1-9)。D：

P電極化強(qiáng)度，P與E關(guān)系：

電極化率。(1-1-10)代入(1-1-9)：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

由解E波動(dòng)方程（E滿足微分方程）。

假設(shè)：2341

2EM波傳播（不在源區(qū)），J=0,=0均勻介質(zhì)極化，束縛體電荷密度(1-1-12)寫成：0=0=目的：麥?zhǔn)戏匠虒?dǎo)出波動(dòng)方程！§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

導(dǎo)出

--E波動(dòng)方程

解E波動(dòng)方程：寫為：由(1-1-15)：v電磁波介質(zhì)中傳播速度§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)或(1-1-14)：

(1-1-13)：含P微商源項(xiàng)，介質(zhì)極化影響

麥?zhǔn)戏匠潭€(gè)E，二個(gè)M量。

類似，H波動(dòng)方程：

--E波動(dòng)方程§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)界面兩側(cè)電場法向分量躍變電場切向分量連續(xù)磁場切向分量躍變磁場法向分量連續(xù)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)波動(dòng)方程與邊界條件結(jié)合，定EM場分布。邊界條件：

s,Js電荷面密度和面I密度n法線向t切線向

s,Js為0

Dn,Ht界面連續(xù)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論麥克斯韋方程：波動(dòng)方程：一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)問題：為什么光波是電磁波？1)麥?zhǔn)戏匠掏茖?dǎo)，電磁波在真空速度

實(shí)測真空光速2)麥?zhǔn)戏匠蹋弘姶挪ㄔ诮橘|(zhì)中速度（非鐵磁質(zhì)=1）

折射率§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

如光波是電磁波，比較上兩式：測無極分子物質(zhì):計(jì)算與測量折射率很好符合；

測有極分子物質(zhì)：

用光波頻值，成立。

平時(shí)低頻電場測量。

故麥克斯韋判定，光波電磁波。麥?zhǔn)详P(guān)系太赫茲科學(xué)（THz）THzGap所有大分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)頻率E和H振動(dòng)向光傳播向k平面內(nèi)E,H互E,H,k右手螺旋關(guān)系

①光是橫波②能量密度與能流密度概念§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)電磁波橫波，E,H和K（K傳播向單位矢量）兩兩

E和H幅度成比例，復(fù)角等S與w關(guān)系：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①光是橫波②能量密度與能流密度概念③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

能量密度(w)：電磁場內(nèi)單位體積，電場能量密度(we)與磁場能量密度(wm)和:能流密度(S)：單位t通過光傳播方向單位面積能量—坡印廷矢量v光（電磁波）在介質(zhì)傳播速度

沿z傳播光波,電場變化：

--光，沿z傳播單位距離引相位變，0--初位相§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①光是橫波②能量密度與能流密度概念③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

時(shí)諧變電磁場，復(fù)數(shù)方便：

解E波動(dòng)方程:§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①光是橫波②能量密度與能流密度概念③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

Re--實(shí)部,括號(hào)定義復(fù)振幅,(1-1-26):復(fù)數(shù)，波動(dòng)方程(1-1-14)：

—亥姆霍茲方程，解諧場分布方程。光真空傳播,§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①光是橫波②能量密度與能流密度概念③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

每對(duì)E與H復(fù)振幅比—波阻抗：傳播向平面，E與H。電場y分量，磁場x分量，

Ey與Hx一組分量波，Ex與Hy另一組。

E,H,k滿足右手螺旋定則,+

無損耗介質(zhì),實(shí)數(shù)，空間任點(diǎn)電與磁場同相位，電與磁場量瞬時(shí)值比=波阻抗。理想介質(zhì),=0,光傳播隨空間坐標(biāo)(z)變化律,介電常數(shù)實(shí)數(shù);

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①光是橫波②能量密度與能流密度概念③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)

⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

--損耗系數(shù)，--相位常數(shù)

非理想介質(zhì),,介質(zhì)常數(shù)復(fù)數(shù),,由(1-1-30),,光在介質(zhì)傳播衰減,光隨z變化律:為光,沿z傳播單位距離相位變,.光傳播，場量（電例）在一方向振動(dòng)，線性極化波。特點(diǎn)：x,y場量相位差0或

兩分量相位差不滿足0或，振動(dòng)矢量方向隨光傳播變，橢圓偏振光（圓），極化研究光傳播特性部分透過，§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①光是橫波②能量密度與能流密度概念③時(shí)諧變電磁場概念④電場矢量與磁場矢量關(guān)系⑤平面波極化⑥光在介質(zhì)中傳播時(shí)傳播常數(shù)⑦光在自由空間中傳播是行波一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.麥克斯韋方程與波動(dòng)方程2.電磁波的有關(guān)性質(zhì)

傳播遇介質(zhì)：部分反回。滿足一定邊界條件，入射與反射波合成駐波，穩(wěn)定光強(qiáng)分布。

1234光波動(dòng)學(xué)說：解釋光干涉,衍射成功；輻射困難。核心：以光速c傳播物質(zhì)單元—光子組成。光有波動(dòng)，也有粒子性—光子學(xué)說。新學(xué)科：納米光子學(xué)

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說②光子有動(dòng)量P,3.光子的簡并度光子的相干性4.光子的相干性§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.光子的基本屬性2.光波模式，光子態(tài)和相格①光子有能量,

光子行進(jìn)方向單位矢量,③光子有質(zhì)量m,靜態(tài)④光子兩獨(dú)立偏振態(tài)，自旋。

動(dòng)態(tài)質(zhì)量與能量關(guān)系微觀粒子:測不準(zhǔn)關(guān)系限制,位置與動(dòng)量不同時(shí)確定：≥--同時(shí)確定，≤--不精確確定

三維坐標(biāo)：范圍，光子態(tài)不精確確定h3相體積(相格)—光子分辨最小尺度,光子態(tài)對(duì)應(yīng)不是點(diǎn)，相格（六維空間體積），坐標(biāo)空間體積：一光子占相體積h3,空間V光子態(tài)數(shù):光子兩偏振態(tài)：—單位體積,光子集合范圍狀態(tài)數(shù)—態(tài)密度。態(tài)密度：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.光子的簡并度光子的相干性4.光子的相干性一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.光子的基本屬性2.光波模式，光子態(tài)和相格空間V,動(dòng)量處p~p+dp光子集合對(duì)應(yīng)相體積:以(n折射率)及代上式,光子范圍光子態(tài)數(shù)（態(tài)密度）：

有限空間，光子數(shù)按動(dòng)量或分布？光束dt內(nèi)占體積(dsc/n)dt(ds光束截面積),立體角內(nèi),dt通過ds面積在范圍光子：

相格：光子有兩偏振態(tài)態(tài)密度：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.光子的簡并度光子的相干性4.光子的相干性一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.光子的基本屬性2.光波模式，光子態(tài)和相格

光子在一定立體角范圍行進(jìn)，態(tài)密度乘.一相格代表光子量子態(tài)，不同電子，多光子處同量子態(tài)—簡并，同量子態(tài)平均光子數(shù)光源光子簡并度。

例:可見光,,T=300K,,常T光頻光子簡并度低,特殊法光頻段獲高簡并度,新光源—光受激輻射(激光).

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說

§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.光子的簡并度光子的相干性4.光子的相干性一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.光子的基本屬性2.光波模式，光子態(tài)和相格輻射體（黑體）處一狀態(tài)平均光子數(shù)：光子服從波色—愛因斯坦分布律，允許兩個(gè)以上光子處同量子態(tài)，或同相格。341新光源單色亮度高,23大量光子處同量子態(tài),確定運(yùn)動(dòng)方向,和偏振—相干光,

比普通光多優(yōu)越性.§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.光子的簡并度光子的相干性4.光子的相干性一、光的波動(dòng)學(xué)說二、光子學(xué)說1.光子的基本屬性2.光波模式，光子態(tài)和相格一、講授內(nèi)容(1)二、前言

第一章光與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)§1-6譜線形狀和寬度§1-5自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射§1-4黑體輻射

§1-3熱輻射的一般概念§1-7均勻加寬和非均勻加寬

§1-8輻射的經(jīng)典理論§1-1光的波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)1.主量子數(shù)n2.副量子數(shù)l

描述一電子微觀態(tài)多量子數(shù)表示:1234主量子數(shù)n

副量子數(shù)

l

自旋量子數(shù)s

內(nèi)量子數(shù)j

5軌道及自旋動(dòng)量矩在磁場向投影量子化,磁量子數(shù)ml,ms及總動(dòng)量矩磁量子數(shù)mj

一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.自旋量子數(shù)s4.內(nèi)量子數(shù)j四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律

電子填充規(guī)律:能量最低原理泡利不相容原理系統(tǒng),不能兩或兩個(gè)以上電子處同量子態(tài);

電子填充能級(jí)低,低態(tài)填滿,再填高態(tài).兩規(guī)律符合,殼層填充電子數(shù)不完全按上殼層微觀狀態(tài)數(shù)進(jìn)行.

如:n=1-4,填滿殼層電子數(shù)分別：2,8,8,18，電子繞核旋轉(zhuǎn)軌道不同，某些高殼層低電子能級(jí)比低殼層高電子能級(jí)更低—能級(jí)交錯(cuò)。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律泡利不相容原理、能量最低原理；支殼層能量由低到高：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p…

電子填充支殼層先后順序，確定原子電子基本組態(tài)；

Si（Z=14）基態(tài)電子組態(tài)1s22s22p63s23p2簡3s23p2，

能級(jí)被電子填滿殼層省去；一3p電子激發(fā)到4s態(tài)，

Si原子電子態(tài)；3s23p4s；

123磁性出現(xiàn)在有內(nèi)不滿殼層電子態(tài)元素，如：

鐵族3d，稀土4f

4§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律分子總能:r0附近振動(dòng)能級(jí)：

振動(dòng)狀態(tài)改變選擇定則:同一電子運(yùn)動(dòng)能量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)能量改變選擇定則：

振動(dòng)位移大，互作用力不是準(zhǔn)彈性力

J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

分子只轉(zhuǎn)動(dòng)能量量子化:§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律We—電子運(yùn)動(dòng)能

W—轉(zhuǎn)動(dòng)能W—振動(dòng)能固體能帶如何形成？構(gòu)成？

能帶結(jié)構(gòu)形成：

1231固體多原子組成，含原子核及多電子，電子運(yùn)動(dòng)態(tài)多體問題，無法嚴(yán)格解。

2多體簡化多電子，電子原子核勢場及其他電子平均場運(yùn)動(dòng)，多電子簡化單電子運(yùn)動(dòng)態(tài)。§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律原子間靠近，相互作用強(qiáng)。

運(yùn)動(dòng)致能級(jí)分裂，原孤立原子存在，能級(jí)離散，聚合，共有化電子占據(jù)同能級(jí)，不符合泡里不相容原理，互作用，一能級(jí)分成多接近能級(jí)，能帶。光學(xué)現(xiàn)象：電荷能帶間躍遷造成。①外層電子共有化②能帶的形成

大量原子排成晶體，電子受本身原子核作用，受鄰近原子核影響，內(nèi)層電子受原子核束縛影響小；

價(jià)電子或外層電子不同，外層電子受鄰近原子作用強(qiáng)，易脫離原原子進(jìn)入其他原子。電子不屬各原子，屬整個(gè)原子，稱電子共有化。

1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律1s2p2sEo原子間距

禁帶

禁帶

能帶

N同自由原子，原子內(nèi)電子同分立能級(jí)，N重簡并，N原子漸靠近，原束縛在單原子中電子，不在一能級(jí)存在（違反泡利不相容），分裂N靠近能級(jí)（10-22ev），能差小，能量連續(xù)區(qū)—能帶。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論①外層電子共有化②能帶的形成

1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律(1)滿帶：滿帶電子從原態(tài)轉(zhuǎn)移另態(tài)，另電子必反轉(zhuǎn)移。無額外定向運(yùn)動(dòng)。

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律各能級(jí)被兩自旋反電子填滿滿帶電子不形成I！(2)導(dǎo)帶:能級(jí)沒被電子填滿(3)空帶:各能級(jí)沒被電子填充(4)價(jià)帶:價(jià)電子處帶導(dǎo)帶

電子外場作用躍遷高能級(jí)形成I—導(dǎo)帶

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律禁帶在電子波矢：

量子力學(xué)，電子與周期勢壘作用，有些能量值不允許電子有，電子能量圖出現(xiàn)容許與禁帶交替排列：

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律半導(dǎo)體,兩容許電子能量存在導(dǎo)帶及價(jià)帶，兩者間禁帶。(1)導(dǎo)體：價(jià)帶（價(jià)電子處帶）導(dǎo)帶或等效導(dǎo)帶空帶導(dǎo)帶滿帶滿帶滿帶空帶重疊相連

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律空帶與滿帶重疊空帶與滿帶相連

滿帶空帶禁帶

(2)絕緣體：只滿帶和空帶，禁帶寬度大金剛石兩C原子距15nm,Eg=5.33eV

§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律(3)半導(dǎo)體：價(jià)帶滿，禁帶寬度小導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體不同，能帶不同滿帶

空帶禁帶如;SiEg=1.14eV

GeEg=0.67eVGaAsEg=1.43eV金屬導(dǎo)電與半導(dǎo)體導(dǎo)電差：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)

§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.能帶的形成2.電子填空能帶的情況3.金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律金屬載流子自由電子；半導(dǎo)體載流子導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴。1.麥克斯韋速率分布律

2.波耳茲曼分布律微觀粒子運(yùn)動(dòng)態(tài)遵統(tǒng)計(jì)分布律；

氣體分子速度大小，某種能量粒子多少概率法。

麥克斯韋速率分布律。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論3.費(fèi)米分布律4.玻色分布律四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律分子比率：

熱平衡，分布v~v+dv分子比率（微觀粒子速率分布律）

v分布函數(shù),

m分子質(zhì)量分子空間位置分布勢能定：速率分布律：確定區(qū)間v~v+dv沿可能方向運(yùn)動(dòng)分子比率，

分子vx~vx+dvx,vy~vy+dvy,vz~vz+dvz分子比率，麥克斯韋速率分布律：gi能級(jí)E簡并度，能量微觀態(tài)（量子）數(shù)。

測不準(zhǔn)關(guān)系,,,，粒子動(dòng)量及坐標(biāo)六維空間，體積元h3粒子一微觀態(tài)，括號(hào)內(nèi)粒子能量~+d微觀態(tài)數(shù)。

微觀粒子按能量連續(xù)分布律，路德維希·玻爾茲曼§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.麥克斯韋速率分布律2.波耳茲曼分布律一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)3.費(fèi)米分布律4.玻色分布律四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律測不準(zhǔn)關(guān)系，熱平衡，

能量粒子數(shù)dN與exp(-/kT)和能量態(tài)數(shù)(dpxdpydpzdxdydz/h3)乘積正比：

f(E)--費(fèi)米分布函數(shù)；恩利克·費(fèi)米§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.麥克斯韋速率分布律2.波耳茲曼分布律3.費(fèi)米分布律

4.玻色分布律四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律服從泡里不相容原理粒子（電子質(zhì)子中子），能量幾率：

EF處禁帶，導(dǎo)帶能級(jí)E與EF差遠(yuǎn)>kT，費(fèi)密分布律轉(zhuǎn)化玻耳茲曼分布律，電子有能量E幾率與EF,，T有關(guān)。

一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)不滿足泡里不相容原理粒子（光子，介子）按能量分布律玻色分布：薩特延德拉·納特·玻色

能量幾率：§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論1.麥克斯韋速率分布律2.波耳茲曼分布律3.費(fèi)米分布律4.玻色分布律四、固體的能帶五、微觀粒子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律一、原子的微觀結(jié)構(gòu)二、能量狀態(tài)的表示方法三、分子結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)幾種分布比較§1-1光波動(dòng)理論與光子學(xué)說§1-2物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與能量狀態(tài)§1-3熱輻射一般概念§1-4黑體輻射§1-5自發(fā)輻射,受激吸收和受激輻射§1-6譜線形狀和寬度§1-7均勻加寬和非均勻加寬§1-8輻射的經(jīng)典理論波耳茲曼分布律玻色分布律

不滿足泡里不相容原理粒子按能量分布規(guī)律費(fèi)米分布速率分布函數(shù)分子比率

粒子數(shù)麥克斯韋速率分布律

1.麥克斯韋速率分布律2.波耳茲曼分布律3.費(fèi)米分布律4.玻色分布律

四、固體的能帶五、微觀粒子的