18新技术的物理基础讲解.ppt

输出 全反射镜 （100%反射镜） 部分透光反射镜 （98%反射） 光学谐振腔 光学谐振腔的作用： 1.使激光具有极好的方向性（沿轴线）； 2.增强光放大作用（延长了工作物质）； 3.使激光具有极好的单色性（选频）。 4、纵模与横模 谐振条件：光波在谐振腔内能形成驻波 或 腔长 谐振频率 频谱中每个谐振频率成为一个振荡纵模。 激光的纵模 相邻两纵模间隔 N个纵模 谐振腔选频作用： 工作物质辐射的谱线有一定宽度，只有满足阈值条件，并处于物质辐射谱线宽度内。 输出纵模个数： 激光的横模 激光斑中的光的强度有不同形式的稳定分布花样， 在光束横截面上的稳定分布称为激光横模。 基横模在激光光束的横截面上各点的位相相同，空间相干性最好。 工作物质：具有亚稳态能级结构 光学谐振腔：维持光振荡 激励（又叫泵浦）系统：供给能量，输出激光 二、激光器 He-Ne 气体激光器 ? 电子碰撞 碰撞转移 He、Ne原子部分能级图 三、激光的特性 4、能量集中 3、相干性好 2、方向性好 1、单色性好 单色性较好的普通光 He-Ne激光器发出的红光 四、激光的应用 4、激光在受控核聚变中的应用 3、光信息处理和激光通信 2、激光加工与激光医疗 1、激光测距 干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距 打孔、切割、焊接 、外科手术刀、武器 光盘的高速高密记录、激光打印机 5、激光的非线性效应 激光光纤通讯 由于光波的频率 比电波的频率高 好几个数量级， 一根极细的光纤 能承载的信息量， 相当于图片中这 麽粗的电缆所能 承载的信息量。 激光手术刀 （不需开胸，不住院） ?照明束：照亮视场 ? 纤维镜激光光纤： 成象 ? 有源纤维强激光： 使堵塞物熔化 臂动脉 主动脉 冠状动脉 内窥镜 附属通道 有源纤维 套环 纤维镜 照明束 ? 附属通道： （可注入气或液） 排除残物以明视线 套环： （可充、放气） 阻止血流或使血流流通 激光—— 原子力显微镜(AFM) 用一根钨探针或硅 探针在距试样表面 几毫微米的高度上 反复移动,来探测固 体表面的情况。 试样通常是 微电子器件。 激光-原子力显微镜 （AFM） 激光器 分束器 布喇格室 棱镜 检测器 反馈机构 接计算机 微芯片 压电换能器 压电控制装置 18-3 超导电性 1911年昂尼斯（K.Onnes）发现超导现象。 一、超导的基本特性 1、零电阻效应 某些金属、合金及化合物的温度低于某一值时，电阻突然为零。 说明：只有稳恒电流的情况下才有零电阻效应。 超导体 临界温度Tc 2、迈斯纳效应（完全抗磁性） 处于超导态的超导体内磁感应强度总为零。 外磁场 抗磁电流磁场 总磁场 3、临界磁场和临界电流 超导态能被足够强的磁场所破坏。 超导体所能承载的电流也受限制。 超导材料只有满足下述条件才能处于超导态 * 18-1 固体的能带理论 固体指具有确定形状和体积的物体。 分为：晶体、非晶体和准晶体 一、晶体结构和晶体分类 1、晶体结构 外观上：具有规则的几何形状 微观上：晶体点阵（晶格） 基本特征：规则排列，表现出长程有序性 晶体中的重复单元称为晶胞 立方 体心立方 面心立方 晶胞 晶体 组成 结合力 结合力 特性 晶体特性 离子晶体 正、负离子 库仑吸引力 （离子键） 无方向性 无饱和性 硬度高、熔点高、 性脆、电子导电性弱 共价晶体 原子 共价键 有方向性 有饱和性 硬度高、熔点高、沸点高、不溶于所有寻常液体 晶体 组成 结合力 结合力 特性 晶体特性 金属晶体 原子实、价电子 金属键 有明显方向性 有饱和性 具有导电性、导热性、金属光泽 分子晶体 电中性的无极分子 范德瓦耳斯力 （范德瓦耳斯键） 无方向性 无饱和性 熔点低、硬度低、 导电性差 二、固体的能带 1、电子共有化 单个原子 两个原子 由于晶体中原子的周期性排列而使价电子不再为单个原子所有的现象，称为电子的共有化。 晶体中周期性势场 2、能带的形成 电子的共有化使原先每个原子中具有相同能级的电子能级，因各原子间的相互影响而分裂成一系列和原来能级很接近的新能级，形成能带。 氢原子的能级分裂 原子中的能级 晶体中的能带 能带的一般规律： 2. 越是外层电子，能带越宽，?E越大。 1. 原子间距越小，能带越宽，?E越大。 3. 两个能带有可能重叠。 禁带：两个相邻能带间可能有一个不被允许的能量间隔。 离子间距 r0 2p 2s 1s E O 能带重叠示意图 电子在能带中的分布： 1、每个能带可以容纳的电子数等于与该能带相应的原子能级所能容纳的电子数的N倍（N是组成晶体的原子个数）。 2、正常情况下，总是优先填能量较低的能级。 满带：各能级都被电子填满的能带。