Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 3: Bán dẫn và máy phát lượng tử - Đỗ Ngọc Uấn (Phần 2)

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 3: Bán dẫn và máy phát lượng tử - Đỗ Ngọc Uấn (Phần 2)

1. Môi tr−ờng đảo mật độ hạt lμ môi tr−ờng kích hoạt E2 hν=E2-E1 hấp thụ: bức xạ E1 truyền qua suy giảm E hν=E -E 2 Phát xạ cảm ứng: bức xạ 2 1 kích thích truyền qua mạnh lên E phát xạ 1 Hấp thụ ánh sáng bởi môi tr−ờng α’>0 hấp thụ ánh sáng I I − αx' 0 I= I0 . e α’<0 c−ờng độ ánh sáng tăng x theo bề dầy của môi tr−ờng. Số photon tăng thác lũ
2. Môi tr−ờng kích hoạt có trạng thái đảo mật độ hạt N2>>N1 I0 I αx Biểu thức c−ờng độ bức xạ Ix = I0 . e cộng h−ởng Bộ cộng h−ởng - Hiệu ứng Laser λ G−ơng L L = n phản xạ Môi tr−ờng G−ơng phản 2 Máy phát Laser: 100% kích hoạt xạ 50% -Môitr−ờng kích hoạt khí, lỏng hoặc rắn -Cơchếbơmnăngl−ợng cung cấp cho môi tr−ờng -Bộcộngh−ởng khuyếch đại chùm bức xạ truyền qua
3. 6.5. Cơ chế bơm - Phát xạ cộng bơm lên mức E , E bằng h−ởng E4 3 4 E các ph−ơng pháp: Chiếu 3 E2 chùm ánh sáng mạnh vμo ν h =E2-E1 MT rắn, lỏng; Phóng điện E1 trong khí, bán dẫn Phát xạ cộng h−ởng: Laser phát ra -8 -9 Thời gian sống ở mức E3 , E4 cỡ 10 -10 s vμ nhảy xuống mức E2 ->môi tr−ờng ở trạng thái đảo mật độ N2>>N1. Thời gian sống ở mức E2 cỡ 10-3s vμ nhảy xuống mức E1 khi có kích thích
4. 6.6. LASER hồng ngọc Al2O3 pha tạp 0.03-0.05% Cr2O3 λ=692.7nm II Neon 694.3nm Cr+++ xanh I III -7 (10 s) τI & τII -3 V << τIII (10 s) Mức cơ bản LASER xung : Khi từ trạng thái III nhảy về trạng thái cơ bản phát ra chớp sáng loé.
5. 6.7. LASER Hêli-Neon eV 19.81 He (I) vađập Ne(II) 90%He+10%Ne Ne(IV) áp suất cỡ 1.1mmHg Ne(III) Đảo mật độ giữa Ne(IV) vμ Ne(III) λ=632.8nm LASER bán dẫn V dẫn mức donor E2 p hν=En-Eh n mức Acceptor E1 V Hoá trị Đảo mật độ giữa vùng hoá trị vμ vùng dẫn
6. 6.8. Các tính chất −u việt của Laser 1. Tính định h−ớng cao: ở nhiệt độ phòng độ mở 0.01o 2. Tính kết hợp cao: Hiệu pha trong khoảng hai thời điểm luôn không đổi, độ đơn sắc cao Δλ~ (10-18 -10-20)m. Δν/ν ~ 10-15 3. Tính kết hợp không gian cao: trong khoảng cách ΔL=100km giữa hai điểm hiệu pha không đổi. C−ờngđộánhsángcựclớnE~107V/m công suất đạt 1012W. 4. Hiệu suất: Heli-Neon 1%, CO2-N đạt 10- 20%, Bán dẫn 40-100% 5. Bức xạ c−ờng độ cao ở chế độ liên tục,
7. Điều biên AM, Điều tần FM, Chế độ xung cực ngắn 6.10-15s(femtosecond) 6.9. ứng dụng của LASER a, Trong kỹ thuật đo l−ờng chính xác, in chụp vμ tạo ảnh: ảnh vết sáng trên mặt trăng của tia laser nhỏ hơn của vết do sóng điện từ cùng điều kiện 5000 lần c=(299792458±1)m/s Điều khiển từ xa Bom laser
8. b, Tạo ảnh 3 chiều honogram g−ơng A Phim nguồn laser g−ơng B
9. c, Kỹ thuật thông tin •Góc mở nhỏ, tần số cao (= 106 tầnsốVT)- >200kênh TH •Truyền l−ợng thông tin lớn, tốc độ cao theo cáp quang d, C−ờng độ lớn 1017W/cm2: ứng dụng trong kỹ thuật gia công vật liệu, vi phẫu thuật e, Trong các ngμnh khoa học kỹ thuật khác, nh− vật lý: •Nhiệt độ cao: tập trung năng l−ợng trên λ2
10. •Kích thích vμ chọn lọc trong phản ứng hoá học với sự tham gia của đồng vị nhất định •Trong sinh học: chiếu rọi các tế bμocỡ micromet •Tần số cao dùng tách các đồng vị phóng xạ
11. f, Quan sát sự chuyển dời nhiều photon f f f ω hω2 2 m hω m Δt ~10-15s ω ω h 1 1 i i f i hấp thụ mộthấp thụ hai trạng thái trung gian photon photon m qua trạng thái không quan sát trung gian m; Δt đ−ợc ~10-8s photon thứ 2 đến Photon thứ 2 kịp trong khoảng Δt đếnnânglên ~10-15s mức f
12. g, Quang học phi tuyến: Khi hiếuc laser vμo chất điện môi gây ra véc tơ phân ực:c 2 3 P= χ E1 + χ E 2 +3 E χ + có thể tạo ra tia laser có b−ớc sóng bằng 1/2 b−ớc sóng tiar sơ cấpr ứng với tia hoạ ba E= E0 sin ω t 2 2 P E=x sin( χ 1 t 0 ω kx − )2 + 0 E χ ω sin − ( t kx ) 1 1 P= χ E sin( ω − t + kxEE χ)2 cos +2 (2 χ ω 2 t − 2 kx ) x 1 0 2 2 0 2 2 0 sóng lan truyền ới: tầnv sốhbằng c í h ht c í ốk ns ầ t c ự nc â h ơp ctkhông é V đổi Sóng hoạ ba thứ 2 có tần số gấp đôig n ó ốs ns ầ t kích thích