受激辐射和受激吸收的区别与联系 受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间 跃迁,吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件,即 12 (3.1) 式中,h=6628×1034J-s,为普朗克常数,f2.为吸收或辐射的光 子频率。 受激辐射和自发辐射产生的光的特点很不相同。 受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同, 这种光称为相干光。 自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的,其 频率和方向分布在一定范围内,相位和偏振态是混乱的,这种光 称为非相干光
受激辐射和受激吸收的区别与联系 受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间 跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件，即 E2 -E1=hf12 (3.1) 式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12为吸收或辐射的光 子频率。 受激辐射和自发辐射产生的光的特点很不相同。 受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同， 这种光称为相干光。 自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其 频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光 称为非相干光
产生受激辐射和产生受激吸收的物质是不同的。设在单 位物质中,处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别 为N1和N 当系统处于热平衡状态时,存在下面的分布 N exp( (3.2) kT 式中,k=1.381×10-23J/K,为波尔兹曼常数,T为热力学温度 由于(E2E1)>0,T>0,所以在这种状态下,总是N1>N2。这是 因为电子总是首先占据低能量的轨道
产生受激辐射和产生受激吸收的物质是不同的。 设在单 位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2 (E2>E1 )的原子数分别 为N1和N2。 当系统处于热平衡状态时， exp( ) 2 1 1 2 k T E E N N − = − (3.2) 式中， k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。 由于(E2 -E1 )>0，T>0，所以在这种状态下，总是N1>N2。 这是 因为电子总是首先占据低能量的轨道
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2,且比例 系数(吸收和辐射的概率)相等。 如果N1>N2,即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种 物质时,光强按指数衰减,这种物质称为吸收物质 如果N2>N,即受激辐射大于受激吸收,当光通过这种 物质时,会产生放大作用,这种物质称为激活物质。 N2>N1的分布,和正常状态N1>N2)的分布相反,所以称 为粒子(电子)数反转分布。 问题:如何得到粒子数反转分布的状态呢?这个问题将 在下面加以叙述
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例 系数(吸收和辐射的概率)相等。 如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种 物质时，光强按指数衰减， 这种物质称为吸收物质。 如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种 物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活物质。 N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2 )的分布相反，所以称 为粒子(电子)数反转分布。 问题：如何得到粒子数反转分布的状态呢? 这个问题将 在下面加以叙述
2.PN结的能带和电子分布 在半导体中,由于邻近原子的作用,电子所处的能态扩展成 能级连续分布的能带。能量低的能带称为价带,能量高的能带称 为导带,导带底的能量E。和价带顶的能量E、之间的能量差E E、=E称为蘩带宽度或带隙。电子不可能占据禁带 能量 导带 。°日 E 3:E —E E/2 E E/2 E 。。。E °o°。°°。E, 价带 (b) 图32半导体的能带和电子分布 (a)本征半导体;(b)N型半导体;(c)P型半导体
图 3.2 (a) 本征半导体；(b) N型半导体； (c) P型半导体 Eg / 2 Eg / 2 Ef Ec Ev Eg 导 带 价 带 能 量 Ec Ef Eg Ev Eg Ec Ef Ev (a) (b) (c) 2. PN 在半导体中，由于邻近原子的作用，电子所处的能态扩展成 能级连续分布的能带。能量低的能带称为价带，能量高的能带称 为导带，导带底的能量Ec 和价带顶的能量Ev 之间的能量差Ec - Ev=Eg称为禁带宽度或带隙。电子不可能占据禁带
图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统 计理论,在热平衡状态下,能量为E的能级被电子占据的概率 为费米分布 p(E)= E-E (3.3) 1+exp( kT 式中,k为波兹曼常数,T为热力学温度。E称为费米能 级,用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。 在费米能级,被电子占据和空穴占据的概率相同
图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统 计理论，在热平衡状态下，能量为E的能级被电子占据的概率 为费米分布 式中，k为波兹曼常数，T为热力学温度。Ef 称为费米能 级，用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。 在费米能级，被电子占据和空穴占据的概率相同。 1 exp( ) 1 ( ) k T E E p E − f + = (3.3)