2022-2023学年高二物理竞赛课件：激光的特性及应用

激光的特性及应用 理学院 物理系 陈强 激光的特性及应用 (1) 高定向性 (2) 高单色性 氪(Kr86)灯(普通光源中单色性最好)：  = 4.710 -13 m. 氦－氖激光器:  < 10 -17 m. 激光发散角极小，可用于定位，准直，导向，测距等. 大功率激光亮度 1010 ~ 1017 W·cm-2·sr-1 (3) 高亮度 太阳表面亮度约 103 W·cm-2·sr-1 (4) 高相干性 用于测量长度、干涉以及全息术 ··· ··· 理学院 物理系 陈强 谐振条件 纵模频率： 纵模间隔： 纵模个数： vk vk+1 vk N 个纵模 单模线宽 辐射线宽 vc 光的纵模 k = 1, 2, 3, ··· （来回反射，相干叠加，形成驻波） 理学院 物理系 陈强 激光的横模 光束横截面上光强的稳定分布称为激光的横模. 激光束横截面上几种光斑图形 理学院 物理系 陈强 6KW CO2 激光加工机在进行金属表面涂敷合金粉末的作业 高亮度 可用于精密加工，医学，核聚变等. 实验中采用大功率(1014KW)钕玻璃激光器 核聚变实验的六路真空靶室 理学院 物理系 陈强 斯特藩－玻耳兹曼定律： 维恩位移定律： 黑体辐射 辐射公式： 光电效应方程： 红限频率： 光电效应 遏止电压和光电子的最大初动能关系： 能量子： 普朗克量子假设和辐射公式 理学院 物理系 陈强 光的波粒二象性(爱因斯坦光子理论） 光子的动量： 光子的能量： 康普顿效应 康普顿散射公式： 电子的康普顿波长： 氢原子光谱 波数公式： 辐射公式： 角动量量子化条件： 理学院 物理系 陈强 微观粒子的波粒二象性和不确定关系 德布罗意波关系式： 不确定关系： 薛定谔方程 定态薛定谔方程： 波函数Ψ 应满足单值、有限、连续等条件，薛定谔方程是量子力学的基本方程. 一维无限深势阱中的粒子： 理学院 物理系 陈强 四个量子数 主量子数： n = 0,1,2,3, … 副量子数(角量子数)： 磁量子数： 自旋磁量子数： 晶体结构的最基本特征 组成晶体的离子、原子或分子按照一定的方式不断作周期性重复排列,构成长程有序。 四个量子数是描述原子中核外电子状态的参数。 理学院 物理系 陈强 固体能带结构 N个相同原子组成晶体时，晶体中每个原子原有的每一能级都分裂为N个密集能级，形成能带. 满带：填满电子的能带，满带电子不参与导电； 绝缘体、导体和半导体 绝缘体的价带是满带，且价带与空带之间有较宽的禁带. 导体的价带不满或价带和空带重迭或相接. 半导体的价带是满带，但价带与空带之间的禁带宽度较小 (约1eV或更小) . 能带与能带之间既可能以禁带相隔，也可能相接或重迭. 导带：部分填充电子的能带，导带中的电子参与导电； 空带：没有电子的能带； 价带：由价电子能级分裂而形成的能带，价带可以是满带 或导带. 理学院 物理系 陈强 半导体 n 型半导体：参与导电的载流子主要是从施主能级跃迁 到导带中去的电子. p 型半导体：参与导电的载流子主要是满带中产生的空穴. 激光器的基本组成：激光工作物质、激励能源和谐振腔. 激光的纵模数 激光的三个主要特性为：高定向性、高单色性、高亮度. 本征半导体：没有杂质和缺陷的理想半导体.参与导电的 电子和空穴数目相等. 激光特性 激光工作物质、激励能源和谐振腔. 实现激光的两个必要条件 介质内部实现粒子数反转和满足阈值条件. 理学院 物理系 陈强 大功率氩离子激光器 理学院 物理系 陈强 $