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文档简介

光源

受激輻射和受激吸收的區別與聯繫

受激輻射是受激吸收的逆過程。電子在E1和E2兩個能級之間躍遷，吸收的光子能量或輻射的光子能量都要滿足波爾條件，即

E2-E1=hf12式中，h=6.628×10-34J·s，為普朗克常數，f12為吸收或輻射的光子頻率。

受激輻射和自發輻射產生的光的特點很不相同。

受激輻射光的頻率、相位、偏振態和傳播方向與入射光相同，這種光稱為相干光。自發輻射光是由大量不同激發態的電子自發躍遷產生的，其頻率和方向分佈在一定範圍內，相位和偏振態是混亂的，這種光稱為非相干光。

產生受激輻射和產生受激吸收的物質是不同的。設在單位物質中，處於低能級E1和處於高能級E2(E2>E1)的原子數分別為N1和N2。當系統處於熱平衡狀態時，存在下麵的分佈

式中，k=1.381×10-23J/K，為波爾茲曼常數，T為熱力學溫度。由於(E2-E1)>0，T>0，所以在這種狀態下，總是N1>N2。這是因為電子總是首先佔據低能量的軌道。

受激吸收和受激輻射的速率分別比例於N1和N2，且比例係數(吸收和輻射的概率)相等。如果N1>N2，即受激吸收大於受激輻射。當光通過這種物質時，光強按指數衰減，這種物質稱為吸收物質。如果N2>N1，即受激輻射大於受激吸收，當光通過這種物質時，會產生放大作用，這種物質稱為啟動物質。

N2>N1的分佈，和正常狀態(N1>N2)的分佈相反，所以稱為粒子(電子)數反轉分佈。問題：如何得到粒子數反轉分佈的狀態呢?這個問題將在下面加以敘述。

PN結的能帶和電子分佈

在半導體中，由於鄰近原子的作用，電子所處的能態擴展成能級連續分佈的能帶。能量低的能帶稱為價帶，能量高的能帶稱為導帶，導帶底的能量Ec

和價帶頂的能量Ev

之間的能量差Ec-Ev=Eg稱為禁帶寬度或帶隙。電子不可能佔據禁帶。

半導體的能帶和電子分佈

(a)本征半導體；(b)N型半導體；(c)P型半導體

一般狀態下，本征半導體的電子和空穴是成對出現的，用Ef

位於禁帶中央來表示，見圖(a)。在本征半導體中摻入施主雜質，稱為N型半導體，見圖(b)。在本征半導體中，摻入受主雜質，稱為P型半導體，見圖(c)。在P型和N型半導體組成的PN結介面上，由於存在多數載流子(電子或空穴)的梯度，因而產生擴散運動，形成內部電場，見圖(a)。

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