大学物理学：第23章 量子物理若干应用VIP

1、若干应用,本章内容,两大应用,The elements of a helium-neon gas laser,LASER: Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation (1917, Einstein；1960,第一节,一 自发辐射 受激辐射,1 自发辐射,原子在没有外界干预的情况下,电子会由处于激发态的高能级 自动跃迁到低能级 , 这种跃迁称为自发跃迁。由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射,自发辐射,自发辐射,2 光吸收,原子吸收外来光子能量 , 并从低能级 跃迁到高能级 , 且 , 这个过程称为光吸收,受激吸收,受激

2、吸收,3 受激辐射,由受激辐射得到的放大了的光是相干光, 称之为激光,原子中处于高能级 的电子,会在外来光子(其频率恰好满足 )的诱发下向低能级 跃迁, 并发出与外来光子一样特征的光子, 这叫受激辐射,受激辐射,二 激光原理,1 粒子数正常分布和粒子数布居反转分布,表明 , 处于低能级的电子数大于高能级的电子数,这种分布叫做粒子数的正常分布 。 叫做粒子数布居反转 , 简称粒子数反转或称布居反转,已知,激光原理,美国物理学家梅曼于1960年9月制成第一台红宝石固体激光器,从外界输入能量（如光照,放电等） , 把低能级上的原子激发到高能级上去, 这个过程叫做激励（也叫泵浦,2 光学谐振腔 激光的

3、形成,光在粒子数反转的工作物质中往返传播,使谐振腔内的光子数不断增加,从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡,加强光须满足驻波条件,三 激光器,1 氦氖气体激光器,输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等优点,激光器,2 红宝石激光器,红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为694.3nm,激光器发展的主要方面,四 激光器的特性和应用,1 方向性好,利用激光准直仪可使长为2.5km的隧道掘进偏差不超过16nm,2 单色性好,3 能量集中,4 相干性好,普通光源的发光过程是自发辐射,发出的不是相干光 , 激光的发光过程是受激辐射,它发出的光是相干光,激光的 单

4、色性比普通光高 倍,特性和应用,第二节,一 固体的能带,能带,每个能级有 个量子态,每个能级容纳 个电子,每个能带容纳 个电子,实验表明,二 本征半导体和杂质半导体,1 本征半导体：纯净的无杂质的半导体,本征半导体,2 杂质半导体,电子型（简称 n 型）半导体,杂质半导体,空穴型（简称 p 型）半导体,三 pn 结,PN结,四 光生伏特效应,这种由光的照射，使 pn 结产生电动势的现象，叫做光生伏特效应,光生伏特效应,第三节,一 超导体的转变温度,转变温度,二 超导体的主要特性,1 零电阻率,当 （临界电流）时,2 临界磁场,能破坏超导态的外磁场的临界值,主要特性,3 迈斯纳效应,超导体内,当,续上,三 超导电性的 BCS 理论,1957年美国物理学家巴丁、库珀、施里弗三人共同创立了近代超导微观理论，这就是常称的BCS理论,BCS理论,声子：晶体中由点阵的振动产生畸变而传播的点阵波的能量子称声子,库珀对：两个电子通过交换声子而耦合起来，成为束缚在一起的电子对称为库珀对。 组成库珀对的两个电子之间的距离约为 ,自旋与动量均等值而相反，所以每一库珀对的动量之和为零,当 时金属内的库珀对开始形成, 这时所有的库珀对都以大小和方向均相同的动量运动,金属导体就具有了超导电性