220激光与半导体

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1、瞰光与半导体1.什么是H发辐射?什么是受激辐射？答：口发辐射是指：无外界刺激，光口发地从高能级向低能级跃迁；受激辐射是指：有外界刺激的情况卜•，光从高能级向低能级跃迁。2.请分别写出原子口发辐射和受激辐射所发出的光的特点。答：H发辐射出的光是不相干的；受激辐射所产生的光子具有少外来光子完全和同的特性。即它们的频率、相位、振动方向、传播方向均相同。3.什么现彖称作粒子数反转?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小的粒子数超过处于低能级的粒子数。要实现粒子数反转，系统耍有激励能源使原子激发。另外工作物质还耍有合适的亚

2、稳态能级(至少有三能级以上)。4.CO?激光器发出的激光波长为10.6“加。(1)求相应的两个能级差；(2)设CO?气体的温度为300K,求上能级粒子数M和下能级粒子数TV?之比值。解：(1)两个能级差为辐射光子的能量AE=E}-E2=hvheT6.63x1034x3xlQ810.6x10-6x1.6x10-19=0Al7eV(2)由波尔兹曼分布规律M=Aexp（--^~）1KT在热平衡下，上能级粒了数N、和下能级粒子数Ng之比为=0.01H=旳（-吐）二exp（-兰）二exp{,0>inxl.6xl0-N.kTkT1.38xl0-23x300可见，在正

3、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，必须设法使粒了数反转。即必须使激光器的工作物质中高能级的粒了数超过低能级的粒了数。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10公(飞秒)，即10145o如果激光的波长为500/77，问：光一个脉冲中有多少个波长?解：该光脉冲的空间宽度为AL=ct=3xl08xlO-14=3xl0_6/n这相当于AL3x10"加『==

4、6A500xIO'9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；本征激发到空带屮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和等。即导电的电子和空穴都是主要载流了。8.(1)画出p型半导体能带结构图，指明朵质能级的特点：(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。E

5、—4f□一7禁带一■♦■0导带施主能级满带n型半导体导带受主能级满带P型半导体（1）P型半导体的导电结构的变化是：在满带上方邻近处有朵质能级（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，产牛空穴导电；（2）n型半导体的导电结构的变化是：在空帯下方邻近处有杂质能级（施主能级），便得杂质能级中的电子较容易激发到空带上，从而在空带屮形成电子，产牛电子导电；（3）对于本征半导体，它的导电特征是参加导电的正、负载流子的数冃相等，总电流是电了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了是电了，P型半导体主婆导电的载流

6、子是空穴。这两种类型都是由朵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屮去（n型半导体），或满带中的电子跃迁到杂质能级屮来（p型半导体），都鮫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彫响半导体的导电性。1.分別写出导体、绝缘体、半导体能帯结构的特点。（画出能级示意图）答：（1）导体的能带结构是：满带和空带Z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了就起导电作用。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

7、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,其价帯本来就未被电子填满，而这个价帯又与空带重叠。禁带

8、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