文档介绍：第六篇
量
子
物
理
(3)
第27章激光和半导体
(2课时)
第27章激光和半导体
27—1 激光
27—2 半导体
§ 27—1. 激光
激光技术是二十年代发展起来的新的科学技术,对整个科学技术领域起了重大的改革和推动作用。
1. 激光的特点
(1)方向性强、亮度高:直径百分之几——千分之毫米的范围内产生几百万度的高温
(3)相干性好:相干长度长。一般光源相干长度为 —10cm, 氦氖激光器可达 180 公里。
(4)传递的信息容量大。
2. 激光的发光原理
原子运动状态的变化与发光相关联的情况有三种:
(2)单色性好:氦氖激光器 10-7A0 (千万分之一埃)
(1)受激吸收
(2)自发辐射
各原子所发光子的位相、方向、偏振态各不相同。
(3)受激辐射
一个光子刺激高能态上的一个电子, 电子跃迁形成二个光子,二个光子刺激高能态上的二个电子形成四个光子……光子数成几何级数增加,
受激辐射引起光放大。
(光子数越来越少)
动画
动画
动画
3. 产生激光的条件
要得到激光,就要使受激辐射占优势。因此,必须首先使高能态的粒子数大大超过低能态。——粒子数反转
根据玻尔兹曼分布率
为保证实现粒子数反转必须有:
*激励能源(泵浦)——光、气体放电、化学、核能等。
*工作物质(激活物质)有合适的能级结构(亚稳态)
如氦氖激光器(氦氖按以下比例混合)
亚稳态
亚稳态
(1)粒子数反转:
(2)谐振腔
氦、氖气体
阴极
反射镜
反射镜
阳极
*管内受激发射的光子,沿管轴来回反射、增强,凡传播方向偏离管轴方向的逸出管外淘汰。
*反射镜镀有多层膜,适当选择其厚度,使所需波长得到“相长干涉”后,反射加强。
*精心设计管长,使所需频率的波形成驻波(两端为波), 形成稳定的振荡得到加强。
*两端装有布儒斯特窗,得到所需的偏振态。
布儒斯特窗
动画
谐振腔的作用:
*产生与维持光的振荡,使光得到加强。*使激光有极好的方向性。*使激光单色性好。总之,具有对光放大实行选择、控制、增强的作用。
10 最近科学家的研究表明:通过非线性相干相互作用, 无需粒子数反转,也能得到激光。
20 氦氖激光器已被广泛地应用于测量、对准、通讯、全息及医学等多个领域。
注意:
激光实验
X射线激光器
激光科学技术
激光加工技术