BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG, ĐẠI HỌC BKHN - BÁN DẪN & MÁY PHÁT LƯỢNG TỬ

Đèn điện tử 3 cực~ K ALưới Điện áp trên lưới thay đổi ít -> số điện tử từ K->A thay đổi mạnh -> dòng qua điện trở thay đổi mạnh... Hiệu ứng nhiệt điện ++ Sự xuất hiện Suất điện động do c

Bμi giảng Vật lý đại cương

Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn

Viện Vật lý kỹ thuậtTrường ĐH Bách khoa Hμ nội

b¸n dÉn & M¸y ph¸t

l−îng tö

1 DÉn ®iÖn cña tinh thÓ b¸n dÉn

E

i i

g

e

~ p

Lç: Tr¹ng th¸i trèng trong vïng ho¸ trÞ ®iÒn ®ÇygÇn hÕt:

0 e

; k k

;

; v v

; m m

h e

h e

h

e h

e h

>

−

= ε

2 Bán dẫn tạp chất

Liên kết đồng hoá trị

1 nguyên tử dùng chung 8 điện

tử hoá trị với 4 nguyên tử khác:

Si, Ge, C mạng kim cương

kT 2

E 2

/

1 d

d

e N

2

E 2

/ 1 a

a

e N

) kT

eV [exp(

ChiÕu ¸nh s¸ng phï hîp lªn chuyÓn tiÕp p-n

Lç (h) vμ ®iÖn tö (e) sinh ra

=> Dßng quang ®iÖn => Pin mÆt trêi

§iÖn tö bÞ ®Èy vÒ bªn ph¶i (thÕ d−¬ng)

Lç bÞ ®Èy vÒ bªn tr¸i (thÕ ©m)

Pin mÆt trêi

Đèn điện tử 3 cực

~

K

ALưới

Điện áp trên lưới thay đổi ít

-> số điện tử từ K->A thay đổi mạnh -> dòng qua điện trở thay đổi mạnh

Δ

=β

B p-n-p

C

+ ΔUBE

+ ΔIB+ ΔIE

+ ΔIC

+ ΔUBC

dßng dß

E

5 Hiệu ứng nhiệt điện

++

Sự xuất hiện Suất điện động do chênh

lệch nhiệt độ gọi lμ hiện t−ợng nhiệt điện

6 LASER (L ight A mplification by S timulated

2

1 2

e

~ N

E 1

1

1

e

~ N

~

kT

E 2

2

2

e

~ N

Để đảo đ−ợc mật độ hạt thì trạng thái cân bằngnhiệt động bị phá vỡ

6.4 Trạng thái đảo mật độ hạt, phân bố Bolztman mở rộng

Để có phát xạ cảm ứng thì P2 >P1 hay N2 >N1

kT

E E

1

2 1

2

1 2

e N

N P

1

2

1 2

e N

Môi trường đảo mật độ hạt lμ môi trường kíchhoạt

Hấp thụ ánh sáng bởi môi trường

hấp thụ: bức xạtruyền qua suy giảm

I = ưα

I0 I

x

α’>0 hấp thụ ánh sángα’<0 cường độ ánh sáng tăngtheo bề dầy của môi trường Sốphoton tăng thác lũ

Môi trường kích hoạt có trạng thái đảo mật độ

hạt N2>>N1

x

0 e I

- Môi trường kích hoạt khí, lỏng hoặc rắn

- Cơ chế bơm năng lượng cung cấp cho môi

6.5 Cơ chế bơm - Phát xạ cộng

hưởng

E2

E1hν=E2-E1

Thời gian sống ở mức E3 , E4 cỡ 10-8-10-9s vμ

nhảy xuống mức E2 ->môi trường ở trạng thái

đảo mật độ N2>>N1.

bơm lên mức E3 , E4 bằngcác phương pháp: Chiếuchùm ánh sáng mạnh vμo

MT rắn, lỏng; Phóng điệntrong khí, bán dẫn

Đảo mật độ giữa vùng hoá trị vμ vùng dẫn

λ=632.8nm

hν=En-Eh

Đảo mật độ giữa Ne(IV) vμ Ne(III)

6.8 Các tính chất ưu việt của Laser

1 Tính định hướng cao: ở nhiệt độ phòng độ

mở 0.01o

2 Tính kết hợp cao: Hiệu pha trong khoảng haithời điểm luôn không đổi, độ đơn sắc cao Δ λ ~(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 Cường độ ánh sáng cực lớn E~107V/m

6.9 ứng dụng của LASER

a, Trong kỹ thuật đo lường chính xác, in chụp vμtạo ảnh: ảnh vết sáng trên mặt trăng của tia laser nhỏ hơn của vết do sóng điện từ cùng điều kiện

5000 lần

Điều khiển từ xa

Bom laserc=(299792458±1)m/s

Điều biên AM, Điều tần FM, Chế độ xung cựcngắn 6.10-15s(femtosecond)

b, T¹o ¶nh 3 chiÒu honogram

•Kích thích vμ chọn lọc trong phản ứng hoá họcvới sự tham gia của đồng vị nhất định

• Trong sinh học: chiếu rọi các tế bμo cỡ

micromet

• Tần số cao dùng tách các đồng vị phóng xạ

f, Quan sát sự chuyển dời nhiều photon

i

f

ω h

hấp thụ một

photon

i m f

f

1

ω h

2

ω h

hấp thụ hai photon

qua trạng thái trung gian m; Δt

~10-8s Photon thứ 2 kịp

đến nâng lên mức f

i m

~10-15s

g, Quang häc phi tuyÕn: Khi chiÕu laser vμo

chÊt ®iÖn m«i g©y ra vÐc t¬ ph©n cùc:

E E

E

P = χ1 + χ2 2 + χ3 3 +

cã thÓ t¹o ra tia laser cã b−íc sãng b»ng 1/2

b−íc sãng tia s¬ cÊp øng víi tia ho¹ ba

t sin

E

Er = r 0 ω

) kx t

( sin E

) kx t

2 ( cos

E 2

1 E

2

1 )

kx t

sin(

E

Px = χ1 0 ω − + χ2 02 + χ2 02 2 ω −