大学物理学52第十六章9-12节激光半导体超导体纳米材分解.ppt

纳米（nm） 一 纳米效应 1 小尺寸效应 纳米材料：几何尺寸为纳米数量级的微粒或由纳米大小的微粒在一定条件下加压成形得到的固体材料. 包含的原子数 : 个 一个纳米微粒内 界面原子比例: 50% 左右 由纳米微粒组成的纳米固体在较宽的频率范围内显示出对光的均匀吸收性 , 吸收峰的位置和峰的半高宽度与微粒半径倒数有关. 16-12 纳米材料 2 表面与界面效应 纳米微粒具有很高的表面能. 纳米微粒表面活性增加，成为活性极好的催化剂. 纳米微粒尺寸与表面原子数的关系 纳米微粒尺寸/nm 包含总原子数 表面原子所占比例 10 4 2 1 20 % 40 % 80 % 99 % 问: 为什么高比例的表面原子会增加表面活性 ? 简立方结构晶体二维平面图 分立能级图 表面原子 内部原子 3 量子尺寸效应 量子尺寸效应：粒子尺寸下降到极低值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为不连续离散分布的现象. 能级间距（理论公式） 费米能级 总电子数 当 热能、电能、磁能或超导凝聚能时 量子效应明显 纳米微粒的磁、光、声、热、电等性能与宏观材料的特性有显著区别. 物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 广东海洋大学理学院教学课件 * 大学物理学电子教案 量子物理（6） 16-9 激光 16-10 半导体 16-11 超导电性 16-12 纳米材料 复 习 量子力学简介 波函数 概率密度 薛定谔方程 一维势阱问题 对应原理 一维方势垒 隧道效应 多电子原子中电子分布 电子自旋 自旋磁量子数 四个量子数 多电子原子中的电子分布 . 发光前 自发辐射 一 自发辐射 受激辐射 1 自发辐射 原子在没有外界干预的情况下 , 电子会由处于激发态的高能级 自动跃迁到低能级 , 这种跃迁称为自发跃迁. 由自发跃迁而引起的光辐射称为自发辐射. . 。 发光后 16-9 激光 吸收前 . 受激吸收 2 光吸收 原子吸收外来光子能量 , 并从低能级 跃迁到高能级 , 且 , 这个过程称为光吸收. 吸收后 。 . 自发辐射的特点：所发光互相独立，频率、振动方向和相位不一定相同, 是非相干光. 3 受激辐射 由受激辐射得到的放大的光是相干光, 称为激光. 原子中处于高能级 的电子,会在外来光子（其频率恰好满足 ）的诱发下向低能级 跃迁 , 并发出与外来光子一样特征的光子, 这叫受激辐射. . . 。 发光前 发光后 受激辐射的光放大示意图 二 激光原理 1 粒子数正常分布和粒子数布居反转（反转） 已知 粒子数的正常分布 . . . . . 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 粒子数反转分布 . . . . . . . . . . . . . . . 。 。 。 。 。 统计分布 美国物理学家梅曼于1960年9月制成第一台红宝石固体激光器. 从外界输入能量（如光照, 放电等） , 把低能级上的原子激发到高能级上去 , 这个过程叫做激励（也叫泵浦）. 红宝石中铬离子能级示意图 . . 。 。 基态 亚稳态 激发态 2 光学谐振腔 激光的形成 光在粒子数反转的工作物质中往返传播 , 使谐振腔内的光子数不断增加 , 从而获得很强的光,这种现象叫做光振荡 . . . . . . . . . . . 激光光束 全反射镜 光 学 谐 振 腔 示 意 图 部分透光反射镜 加强光须满足驻波条件 三 激光器 1 氦氖气体激光器 （输出功率不大） 优点：输出的激光单色性好、结构简单、使用方便、成本低等．（波长 632.8nm） 氦和氖的原子能级示意图 基态 亚稳态 氦 氖 632.8nm 1 2 3 氦氖激光器 部分反射镜 A K （几千伏特） 毛细管 管内氦氖比例（5~10/1） 全反射镜 2 红宝石激光器 红宝石激光器的工作物质是棒状红宝石晶体，它发出的激光是脉冲激光，波长为694.3nm. 。 。 。 全