光电子 1-1.ppt

§1－1 光的波动理论与光子学说 注意： （1）测不准关系不是说不能准确测定粒子的位置和动量，而是说不能同时准确测定； （2）测不准关系不是指测量手段不高明而不能准确测定粒子的位置和动量，而是说粒子波粒二象的反映； (3) 对微粒位置的恰当描述是说它处于某一位置的几率，而在它可能出现的空间中有一个位置几率的分布。 光子状态的描述 相体积 （相格） 在相空间体积元h3内的各点，物理上是不能分开的，因而 属于同一状态； 光子所能被分辨的最小尺度； 一个相格代表一种光子的量子态； 光子的一种状态对应的相空间体积元h3 光子状态在相应的坐标空间的体积为： 光子数按动量和频率的分布 态密度：光子集合在ν?ν+dν范围内的状态数 空间体积V中，光子状态数： 立体角d?范围内，dt时间内通过面积ds的 频率在ν?ν+dν范围内的光子数： P(ν) 简并：一个相格代表一种光子的量子态，但光子与电子不同，可以有多个光子处于同一种量子态上，这种现象称为简并； 光子简并度：处于同一量子态的平均光子数目。 例如：对于黑体，光子简并度为： 在频率较低时，简并度较高， 频率增大后，简并度逐渐降低。 什么是光电子学？ 在光学和电子学的基础上发展起来的一门新的学科，光学与电子学相结合的产物； 1960年，第一台激光器问世，标志着光电子学研究的兴起 ； 一种说法是19世纪70年代电光源及电光探测装置的发明算起，另一种认为从1960年激光器的发明算起。大多数人倾向于第二种说法，原因在于19世纪70年代到1960年这一阶段，虽然对光电现象的研究已经有了相当的成就，也出现了不少实用的光电子器件，但光学与电子学仍然算是两门独立的学科，因此只能算是光电子学和光电子技术的孕育期。 因为激光是真正光学与电子学结合的产物，在物质内部产生受激发射，实现对光频震荡与放大，---激光。也就是说激光的产生是光和物质相互作用的结果。 同时他也是研究光电子学的一个有力的工具，因为具有普通光无法比拟的优点，如方向性、单色性、相干性等等。 从第一个激光器的出现到现在不过短短的四十几年，从事激光研究的科学家已四次获得了诺贝尔物理学奖金。在一个科学研究领域中，有那么多科学家多次获得诺贝尔奖金是罕见的。可见激光技术在科学发展中占有多么重要的地位，随着激光技术的发展，激光己进入了各个领域，激光使人类进入了光波的时代。它将对人类生活产生越来越大的影响。 将电子学使用的电磁波频率提高到光频（光频波段电子学），以前由电子方法实现的任务现在用光学方法来完成,产生电子学所不可能产生的许多新功能； 比如从前用电波进行通信，现在是光通信，电存储，现在是光存储。 光电子技术是继微电子学后兴起的又一门高新技术，已经和微电子技术共同构成了信息技术的两大支柱。 自从19世纪人们证实了光是一种电磁波后又经过了大量的实验，进一步证实了x射线〔伦琴射线)、?射线等都是电磁波。但是，它们的频率(或波长)范围差别很大。如果各种电磁波按其频率(或波长)的次序排列成如图1—l所示的谱，则称其为电磁谱。通常所说的光学区域＜或光包括紫外线可见光和红外线。通常用波长表征，光波的波长范围约1毫米到10 纳米。可见光是人眼可以看到的各种颜色的光波，彼长范围从o．4微米到o．76微米。 从光到物质，再到两者之间的相互作用。 §1－1 光的波动理论与光子学说 （光） §1－2 物质的微观结构与能量状态 （物质） §1－3 热辐射的一般概念 （物质与周围的辐射场交换能量的情况） §1－4 黑体辐射 （光的能量量子化的起源，和上一节一样，是光和物质相互作用的基础知识） §1－5 自发辐射、受激吸收和受激辐射 （光和物质相互作用的主要过程） §1－6 谱线形状和宽度（研究物质的发光光谱） §1－7 均匀加宽和非均匀加宽 波动学说：早在1864年麦克斯韦就提出了光是一电磁波的理论，可以圆满解释光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等与光的传播有关的现象。 早在麦克斯韦就提出了光是一电磁波的理论之前，牛顿和惠更斯等人就已经提出了光的微粒学说和波动学说，但是他们的理论都存在致命的错误，被一些实验事实所推翻，比如微粒说认为光是微粒流，最大的微粒引起红光的感觉，最小的微粒引起紫光的感觉。研究光的折射是得出了水中的光速大于空气的结论。而会更斯的波动理论，认为光是一种纵波，带有机械论的色彩，把光现象看成某种机械运动，因此必须假想出一种媒质，叫做以太来传播光波，在实验上无法证实，理论上也显得很荒唐。麦克斯韦是在总结前人研究成果的基础上，结合自己对电磁想象的研究，提出了电磁理论，最终以大量无可辩驳的事实，赢得了普遍公认。因此不是凭空出现的，而是有前人的研究作为基石。 但是到了19世纪末，20世纪初，人们在试图解释光与物质相互作用现象时，光的电磁理论遇到了本