题目

写出激光器中光学谐振腔的作用。kT ≈ e− 0.0253eV ≈ 0.01⏺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;E4 N4-|||-E3 N2-|||-N3(2)通过振荡(多次反射),使激光有极好的方向性; (3)通过光学谐振腔的选频作用,使激光的单色性好。 6、激光工作物质的原子能级如图所示,N 表示相应Ei能级的粒子数,己知N1 > N2 > N4 > N3,请回答: (1)哪两个能级之间实现了粒子数翻转?(2)写出可能产生的激光的频率。 (3)可能产生的荧光(自发辐射)光谱有几个?⏺

写出激光器中光学谐振腔的作用。

kT ≈ e− 0.0253eV ≈ 0.01

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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)通过振荡(多次反射),使激光有极好的方向性; (3)通过光学谐振腔的选频作用,使激光的单色性好。 6、激光工作物质的原子能级如图所示,N 表示相应Ei能级的粒子数,己知N1 > N2 > N4 > N3,请回答: (1)哪两个能级之间实现了粒子数翻转?

(2)写出可能产生的激光的频率。 (3)可能产生的荧光(自发辐射)光谱有几个?

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题目解答

答案

解:(1)3、4能级之间实现了粒子数翻转

(2)可能产生的激光的频率

ν = E4 − E3

h

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(3)可能产生的荧光(自发辐射)光谱有6个:4 → 3, 4 → 2, 4 → 1, 3 → 2, 3 → 1, 2 → 1. 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: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、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:导体的能带结构:价带是不满的、满带和空带之间无禁带或价带和空带重叠等结构。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。

绝缘体的能带结构: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。价带是满带,价带与空带之间有一较宽的禁带(Eg = 3eV ∼ 10eV ),离子晶体(如Nacl, KCl等)、分子晶体 (如Cl2, CO2等)属于这一类。

半导体的能带结构: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。价带是满带,价带与空带 之间禁带宽度很小(Eg = 0.1eV ∼ 2eV )。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。错、硅等属于此类。

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解析

考查要点：本题主要考查激光器中光学谐振腔的作用，以及激光器工作物质的能级跃迁相关知识。
解题思路：

  1. 光学谐振腔的作用需结合光放大、方向性、单色性三个关键点分析。
  2. 粒子数翻转需比较能级间的粒子数分布，判断是否存在反常分布。
  3. 激光频率计算需应用爱因斯坦受激发光公式，结合能级差计算。
  4. 荧光光谱数量需列举所有可能的自发辐射跃迁路径。

第6题

(1) 粒子数翻转的能级

关键点：粒子数翻转指高能级粒子数多于低能级（违背热平衡分布）。

  • 题干给出能级粒子数关系：$N_1 > N_2 > N_4 > N_3$。
  • 能级3和4：$N_4 > N_3$，违背热平衡（高能级通常粒子数少），实现粒子数翻转。

(2) 激光频率计算

公式应用：激光频率由能级差决定，$\nu = \frac{E_4 - E_3}{h}$。

  • 能级4和3之间的跃迁产生激光，频率为两能级能量差除以普朗克常量。

(3) 荧光光谱数量

自发辐射路径：所有可能的向下跃迁。

  • 能级4可跃迁至3、2、1；能级3可跃迁至2、1；能级2可跃迁至1。
  • 共6条路径：4→3, 4→2, 4→1, 3→2, 3→1, 2→1。

第7题

本征半导体定义：纯净半导体，无杂质和缺陷，导电靠本征激发。
导电机制：价带电子被激发至导带，形成电子和空穴对，两者共同导电。

第8题

能带结构特点：

  • 导体：价带不满，禁带窄或无禁带。
  • 绝缘体：禁带宽（3~10 eV），价带满，空带高。
  • 半导体：禁带窄（0.1~2 eV），热激发易跃迁导电。