Ядерная физика

Первый газовый лазер (лазер с газообразной активной средой) непрерывного действия (А. Джаван, 1961) — лазер на смеси гелия (~ 15%) и неона (~85%). В He-Ne-лазере инверсия заселенностей уровней осуществляется электрическим разрядом в газе. На рис.14.4 представлена упрощенная схема уровней гелия и неона и механизм создания инверсной населенности лазерного перехода. Накачка лазерного перехода E4 → E3 в неоне осуществляется следующим образом. В высоковольтном электрическом разряде вследствие соударений с электронами значительная часть атомов гелия переходит в верхнее метастабильное состояния E2. Возбужденные атомы гелия неупруго сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном состояние, и передают им свою энергию. Уровень E4 неона расположен на 0,05 эВ выше метастабильного уровня E2 гелия. Недостаток энергии компенсируется за счет кинетической энергии соударяющихся атомов. На уровне E4 неона возникает инверсная населенность по отношению к уровню E3, который сильно обедняется за счет спонтанных переходов на ниже расположенные уровни. При достаточно высоком уровне накачки в смеси гелия и неона начинается лавинообразный процесс размножения идентичных когерентных фотонов. Если кювета со смесью газов помещена между высокоотражающими зеркалами, то возникает лазерная генерация. На рис.14.5 изображена схема гелий-неонового лазера.

Рис. 14.4

Механизм накачки He–Ne лазера. Прямыми стрелками изображены спонтанные переходы в атомах неона

 

Рис. 14.5

Схема гелий-неонового лазера: 1 – стеклянная кювета со смесью гелия и неона, в которой создается высоковольтный разряд; 2 – катод; 3 – анод; 4 – глухое сферическое зеркало с пропусканием менее 0,1 %; 5 – сферическое зеркало с пропусканием 1–2 %

Свойства лазерного излучения: временная и пространственная когерентность (из-за пространственной когерентности излучение может быть сфокусировано в объеме ~); строгая монохроматичность (м); большая плотность потока энергии; очень малое угловое расхождение в пучке.

Квантовая статистика. Фазовое пространство и функция распределения. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна
и Ферми-Дирака.

Согласно формуле (15.1), функция распределения есть не что иное, как плотность вероятности определенного состояния системы. Поэтому она должна быть нормирована на единицу:

Статистика Ферми-Дирака — статистика, описывающая поведение системы тождественных микрочастиц (фермионов) обладающих полуцелым спином. Фермионы подчиняются принципу Паули, согласно которому в каждом квантовом состоянии может находиться не более 2-х частиц.

Идеальный газ из фермионов — ферми-газ — описывается квантовой статистикой Ферми — Дирака. Распределение фермионов по энергиям имеет вид

Вырожденный электронный газ в металлах. Понятие о квантовой теории теплоекости. Выводы квантовой теории электропроводности металлов.

Наивысший энергетический уровень, занятый электронами, называется уровнем Ферми

Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы

Выводы квантовой теории электропроводности металлов

Зонная теория — раздел квантовой теории твердых тел, описывающий движение электронов в кристаллах и являющийся основой современной теории ме­таллов, полупроводников и диэлектриков.

Ширина запрещенной зоны

Высшая математика Лекции, конспекты, курсовые, примеры решения задач