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激光与半导体1什么是自发辐射?什么是受激辐射?答：自发辐射是指：无外界刺激，光自发地从高能级向低能级跃迁；受激辐射是指：有外界刺激的情况下，光从高能级向低能级跃迁。2请分别写出原子自发辐射和受激辐射所发出的光的特点。答：自发辐射出的光是不相干的；受激辐射所产生的光子具有与外来光子完全相同的特性。即它们的频率、相位、振动方向、传播方向均相同。3什么现象称作粒子数反转?系统实现粒子数反转的条件是什么?答：粒子数反转是指：激光器的工作物质处于高能级中的粒子数超过处于低能级的粒子数。要实现粒子数反转，系统要有激励能源使原子激发。另外工作物质还要有合适的亚稳态能级（至少有三能级以上）。4激光器发出的激光波长为。(1)求相应的两个能级差；(2)设气体的温度为，求上能级粒子数和下能级粒子数之比值。解：（1）两个能级差为辐射光子的能量（2）由波尔兹曼分布规律 在热平衡下，上能级粒子数和下能级粒子数之比为可见，在正常的热平衡状态，上能级粒子数要比下能级粒子数少得多，不可能实现光放大。如果想发射激光，必须设法使粒子数反转。即必须使激光器的工作物质中高能级的粒子数超过低能级的粒子数。5写出激光器中光学谐振腔的作用。答：(1) 产生与维持光的振荡，使光得到加强，进一步实现光放大；(2) 使激光有极好的方向性；(3) 使激光的单色性好。 6脉冲激光器产生一个光脉冲的时间宽度可以达到 (飞秒)，即。如果激光的波长为，问：光一个脉冲中有多少个波长?解：该光脉冲的空间宽度为这相当于即，6个波长的长度。7什么是本征半导体? 本征半导体的导电机制是什么?答：本征半导体是指：纯净的半导体单晶材料，无任何杂质与缺陷，原子的排列遵循严格的周期性。 本征半导体的导电机制；本征激发到空带中的电子和余下的满带中的空穴导电。而且，本征激发中，从价带中激发到导带的电子浓度与价带中的空穴浓度相等。即导电的电子和空穴都是主要载流子。8（1）画出p型半导体能带结构图，指明杂质能级的特点： （2）画出n型半导体能带结构图，指明杂质能级的特点。 （3）说明杂质半导体的导电性能比本征半导体好的原因。答：p型半导体和n型半导体的能带结构如图所示。（1）p型半导体的导电结构的变化是：在满带上方邻近处有杂质能级(受主能级)，使得满带中的电子较容易激发到该受主能级上，从而在满带中形成空穴，产生空穴导电； （2）n型半导体的导电结构的变化是：在空带下方邻近处有杂质能级(施主能级)，使得杂质能级中的电子较容易激发到空带上，从而在空带中形成电子，产生电子导电；（3）对于本征半导体，它的导电特征是参加导电的正、负载流子的数目相等，总电流是电子流和空穴流的代数和。至于杂质半导体，n型半导体主要导电的载流子是电子，P型半导体主要导电的载流子是空穴。这两种类型都是由杂质原子起主要导电作用，由于杂质半导体中的电子跃迁到导带中去(n型半导体)，或满带中的电子跃迁到杂质能级中来(p型半导体)，都较本征半导体满带中的电子直接跃迁到导带中来得容易，所以少量的杂质就会显著地影响导带中的电子数或满带中的空穴数。因而少量杂质将会显著地影响半导体的导电性。9分别写出导体、绝缘体、半导体能带结构的特点。（画出能级示意图）答：(1) 导体的能带结构是：满带和空带之间无禁带，价带是不满的，在外电场的作用下，这种不满的能带中的电子就起导电作用。如图 (a)表示单价金属晶体(如Li)一类的能级结构，其价带未填满电子，是导带。图 (b)表示二价金属(如Be，Mg等)一类的能级结构，其满带与空带部分重叠，形成一个导带。图 (c)表示另一类金属晶体(如Na，K，Cu等)的能级结构，其价带本来就未被电子填满，而这个价带又与空带重叠。(2) 绝缘体的能带结构是：满带和空带之间的禁带很宽，满带中的电子很难从低能级(满带)跃迁到高能级(空带)上。如下图 (a)所示，价带是满带，价带与空带之间有一较宽的禁带()。离子晶体(如NaCl，KCl等)、分子晶体(如，等)属于这一类。(3) 半导体的能带结构是：满带和空带之间有禁带，但禁带较窄，热激发很容易使电子从低能级(满带)跃迁到高能级(空带)上，形成不満的价带，在外电场的作用下，这种不满的能带中的电子就起导电作用。如下图 (b)所示，价带是满带，价带与空带之间禁带宽度很小()。价带中的电子被激发到空带，就可参与导电；价带中留下空穴也具有导电性。锗、硅等属于此类。10硅晶体的禁带宽度为掺入磷后成为n型半导体。已知杂质能级和导带底能级差，（1）请计算硅本征半导体所能吸收的光的最大波长；（2）计算n型半导体所能吸收的光的最大波长。解：只有入射光子的能量大于禁带宽度，半导体中的电子才能吸收该光子，从满带跃迁到导带。禁带的宽度就是要求光子的最小能量（按光子理论，光子最小频率），对应于光子的最大波长。（1）（2）11氯化钾晶体满带和空带之间的禁带的宽度为。（1）波长为