Добавил:
kostikboritski@gmail.com Выполнение курсовых, РГР технических предметов Механического факультета. Так же чертежи по инженерной графике для МФ, УПП. Писать на почту. Дипломы по кафедре Вагоны Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Физика / ФИЗИКА / ШПОРА / ФИЗИКА.DOC
Скачиваний:
31
Добавлен:
14.08.2017
Размер:
504.32 Кб
Скачать

76. Основные типы лазеров. Свойства лазерного излучения и основные области применения лазеров.

Лазеры в зависимости от типа активной среды: твердотельные, жидкостные, плазменные. Из твердотельных кроме рубина применяются лазеры на алюмо-итриевом гранате с неодимом (=1.06 мкм). Это дешёвые мощные лазеры, которые работают в импульсном режиме. Жидкостные на органических красителях (более 200 видов)=0.31.3 мкм. Газовые на разряженных газах (p=110 мм рт. ст.); накачка осуществляется с помощью электрического разряда, работают в беспрерывном режиме. Гелий-неоновый лазер излучает 3 длинны волны1=0.632=1.153=3.39 мкм. Аргоновый 2 длинны волны1=0.492=0.51 мкм. Для накачки используют дуговой разряд постоянного тока. Самые мощные лазеры на углеродистом газе излучают в инфракрасной области=10.6 мкм, до 15кВт в непрерывном режиме. Эти лазеры невидимым лучом способны резать, плавить, варить металлы и неметаллы.

Применение лазеров основано на уникальных свойствах лазерного излучения: 1.высокая степень когерентности; 2. малая расходимость (узкая направленность) луча. Узкая направленность: можно получить высокую плотность мощности (до 107Вт/см2) используется в лазерной технологии обработки материалов (сверление алмазов, металлов, керамики, раскройка тканей). Лазерная резка (тонкие точные размеры, химическая чистота процесса, возможна резка по сложному контуру); например лазер на СО2мощностью 3кВт режет стальной лист толщиной 5 мм со скоростью 3 м/мин. Лазерная сварка (нет контакта с изделием, нет грязи, возможна сварка через окно в геометрических объемах, сварка сетчатки глаза через глазное яблоко, малые зоны теплового влияния). Лазер в качестве скальпеля (стерильность, почти без крови и безболезненность); использование лазера вместо бормашины; использование для записи и считывания информации на компакт-дисках.

Информационное применение лазера связано с тем, что его излучение имеет высокую степень когерентности: в информационных технологиях для получения, обработки и передачи информации, для контроля и измерений. Примеры: голография, волоконно-оптическая связь, лазерное зондирование атмосферы, терапия.

77. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупроводники, диэлектрики.

Изолированные атомы имеют определенный набор квантовых состояний, в которых они могут находиться. Каждому квантовому состоянию соответствует определенный уровень энергии. В кристалле, состоящем из nатомов, число возможных квантовых состояний каждого атома увеличивается вnраз за счет их взаимодействия с другими атомами. Каждый энергетический уровень расщепляется наnблизлежащих уровней. Вместо каждого уровня образуется изолированная энергетическая зона, в пределах которой атом может изменять свою энергию. Наибольшее расщепление происходит для уровней, на которых находятся валентные (внешние) электроны. Уровни, на которых находятся электроны внутренних оболочек, расщепляются слабо, т.е. связаны с ядром.(r1,r2 – равновесное расстояние между атомами (смотри рис.)).В зависимости от атомов расстояние при котором наблюдается равновесие, может быть типаr1 и типаr2. При равновесии типаr1 каждый энергетический уровень, на котором находятся валентные электроны, распадается наnэнергетических уровней, образуя разрешенные и запрещенные зоны. В пределах разрешенной зоны энергия атома может изменяться квази-непрерывно, т.к. ширина разрешенной зоны не зависит от количества атомов в кристалле и имеет порядок около 1эВ. Если в кристалле 1023атомов, то в разрешенной зоне будет около 1023уровней, тогда расстояние между ними будет порядка 10-23эВ При нагревании кристалла на 1К энергия атома возрастет на 10-4эВ.

Металлы(мет), полупроводники(п/п) и диэлектрики. Зонная теория твердых тел позволяет объяснить электропроводность мет , п/п, и диэлектрика. Разрешенную зону, на которой находятся валентные электроны в основном состоянии в изолированных атомах называют валентной зоной. При абсолютном нуле валентные электроны заполняют энергетические уровни валентной зоны попарно(по 2 на каждом уровне с противоположными спинами). Более высокие разрешенные зоны будут свободны от электронов. В зависимости от атомов возможно 3 случая (рис. конспект). У металлов валентная зона не вся заполнена электронами. Часть уровней валентной зоны свободна от электронов, поэтому электроны могут переходить на эти уровни, например, ускоряясь под воздействием электрического поля. Кроме этого если Т>0 , то электроны в результате теплового движения так же переходят на более высокие уровни(энергия увеличивается на 10-4эВ). Частично заполненная валентная зона у металлов называется зоной проводимости. Как образуется не заполненная валентная зона:

1.Если у каждого атома только один валентный электрон, ему соответствует какой-то уровень энергии в изолированном атоме то при объединении атомов в кристалл этот уровень расщепляется на nуровней. Посколькуnэлектронов располагаются на каждом уровне попарно, то займутn/2 энергетических уровней и половина энерг. уровней в валентной зоне останется свободной.

2.При расстоянии между атомами типа r2 соседние уровни энергии перекрываются образуя так называемую гибридную зону. Число уровней в гибридной зоне будет большеnзначит часть уровней остается свободной, на их может разместиться больше чемn/2 электронов.

Случай IIиIII(п/п, диэл.). Все энергетические уровни в валентной зоне заполнены. Следующая разрешенная зона называется зоной проводимости. В зависимости от ширины запрещенной зоны, вещество может быть полупроводником и диэлектриком. Вещества с малой запрещенной зоной (0.1 эВ) называют полупроводниками, а с широкой диэлектриками. При нагревании полупроводника энергии теплового движения может быть достаточно для того чтобы электрону преодолеть запрещенную зону и перейти на нижний уровень зоны проводимости. Электроны оказавшиеся в зоне проводимости дальше могут изменять свою энергию практически непрерывно. Таким образом, обеспечивается собственная электронная проводимость чистых п/п. Места оставшиеся в валентной зоне являются вакантными, на них могут переходить электроны более низких уровней валентной зоны. Вакансия называется дыркой. Перемещение электрона в пределах валентной зоне равносильно движению дырки в валентной зоне. Таким образом, электронная проводимость п/п дополняется дырочной проводимостью. Перевод электронов из валентной зоны п/п может быть произведен с помощью фотона (кванта света) внутренний фотоэффект; не освещенный п/п был изолятором, освещенный становится проводником, т.к. часть электронов переведена в зону проводимости. Если ширина запрещенной зоны составляет несколько эВ, то энергии теплового движения уже не достаточно, чтобы перевести электроны с валентной зоны в зону проводимости – это изоляторы.

Соседние файлы в папке ШПОРА