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Qe
（辐射能）,,,,Φe
(辐射通量),,Me(辐射出射度),Ie(辐射强度),Le(辐射亮度),,,(辐射照度),Ee,问题：请推导一个均匀点光源在空间一点的辐射照度与该光源的辐射强度的关系（提示根据定义）,3. 普朗克公式,黑体处于温度T时，在波长 处的单色辐射出射度由普朗克公式给出,,式中h为普朗克常数，c为真空中的光速，kB为玻尔兹曼常数。
令,,,,C1 第一辐射常数
C2 第二辐射常数,维恩位移定律:,维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波方向移动。,,,,5000K,6000K,,,4. 维恩位移定律,5. 斯特藩-玻尔兹曼定律,温度为T的黑体的辐射出射度为:
=5.67×10－12 (W/cm2·K4) (斯特藩—玻耳兹曼常数）,假设人体辐射符合黑体辐射规律，人体的温度为310K，求其峰值辐射波长和辐射出射度。,,M=T4=5.2×102W/m2,再如飞机尾烟的温度为1000K，其峰值辐射波长,激光的特点：方向性，单色性，相干性,高的能 量密度,1.自发辐射,若原子处于高能级E2上，自发地向低能级E1跃迁，
并发射出一个能量为hn的光子。,hn=E2-E1,对于处在高能级E2上的粒子来说，它们各自独立地、随机地分别跃迁到低能级E1上，发射出一个一个的光子，这些光子的能量相同，但彼此无关，且具有不同的相位及偏振方向，因此自发辐射发出的光是非相干光。,自发辐射中发出的光波是不相干的,2.受激辐射,处于高能级E2上的原子在外来频率
的光子的“激励”下，以一定的几率从E2向E1（低能级）跃迁，同时放出频率hn的光子的过程。发射的光子和入射的光子是全同光子。,hn=E2-E1,在受激辐射跃迁的过程中，一个诱发光子可以使处在上能级上的发光粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子又可以去诱发其它发光粒子，产生更多状态相同的光子。这样，在一个入射光子的作用下，可引起大量发光粒子产生受激辐射，并产生大量运动状态相同的光子。这种现象称受激辐射光放大。,由于受激辐射产生的光子都属于同一光子态（振动方向、频率、位相），因此它们是相干的。,3.受激吸收,处于低能级E1上的原子在外来频率
的光子的作用下，吸收一个能量为hn的光子的过程，以一定的几率从E1向E2（高能级）跃迁。受激吸收是受激辐射的逆过程。,hn=E2-E1,,,n2A21------------由于自发辐射由E2能级跃迁到E1能级的原子数
n2B21rn----------由于受激辐射由E2能级跃迁到E1能级的原子数
n1B12rn----------由于受激吸收由E1 能级跃迁E2到能级的原子数,二能级系统：,E2-E1=hn,激光器的三个要素,（1）能实现粒子数反转的激光工作物质。常用的工作物质有红宝石、气体、液体、固体、半导体等。,（2）功率足够的激励源。一般有电激励、光激励、热激励、化学激励等。,（3）谐振腔。,激光器的结构,激光器主要组成部分有：工作物质、激励源和光学谐振腔。,粒子数反转,E1,E2,粒子数反转,,E2,E1,E2,1）阈值特性
典型的半导体激光器如下图所示,阈值电流,,半导体激光器的工作特性,P―I特性,半导体激光器存在阈值电流Ith。当注入电流小于阈值电流时，器件发出微弱的自发辐射光，类似于发光二极管的发光情况。当注入电流超过阈值，器件进入受激辐射状态时，光功率输出迅速增加，输出功率与注入电流基本保持线性关系。,由于这两个正负电荷区域的存在，出现了一个由N区指向P区的电场，称为内建电场。,半导体光源原理简介,在内建电场作用下，出现了电子从P区向N区移动、空穴从N区向P区移动的与扩散相反的漂移运动。
同时，内建电场使P区与N区出现势垒，阻止电子从N区向P区的扩散。
开始时，扩散运动占优势，但随着内建电场的加强，势垒的增高，漂移运动也不断加强，最后漂移运动完全抵消了扩散运动，达到了动态平衡，宏观上没有电流流过PN结。如下图：,半导体光源原理简介,平衡态时PN结中的能带图,,,pn结中的能带图,P,N,如果PN结外加一个足够大的正向偏压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。 N区的电子及P区的空穴会克服内建电场的阻挡作用，穿过结区.,电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反转分布，如下图：,,光伏效应,半导体物理基础知识,林 硕
E-mail: linshuo_pv@163.com,,,,EC,EF,EV,E~k,E~x,直接禁带半导体（GaAs），间接禁带半导体（Si）,对任何半导体材料均有下式成立:
式中,ni是相应温度下本征半导体中的本征热生载流子浓度
ni只和半导体的材料类型（例如Si, GaAs)和温度有关。,Nc,Nv为导带和价带的态密度,在外电场E作用下，载流子产生漂移运动。定义
电子迁移率和空穴迁移率：,半导体的电导率：,第二章,第三章,朗伯定律（光吸收定律）：,电致折射率的变化：
P55~66,习题（P83）:2.3，2.4,瑞利散射：发生的条件是光波长远大于分子的线度。,大气中瑞利散射系数的经验公式：,原理：当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。,sm为瑞利散射系数(cm-1)，N为单位体积中的
分子数(cm-1),A为分子的散射截面,对比拉曼-纳斯衍射和布拉格衍射：,1.拉曼-纳斯衍射成立条件：当超声波频率较低，光波平行于声波面入射(即垂直于声场传播方向)，声光互作用长度L较短时
布拉格衍射：当超声波频率较高，光束与 声波波面以一定的角度斜入射，声光互作用长度L较长时
2.拉曼-纳斯衍射可以产生多级衍射光；布拉格衍射由于各高级衍射光互相抵消，只出现0级和+1级（或-1级）衍射光,布拉格条件,1、同一镜面上任意两点的贡献应同相 (图2-14 a),2、相邻两镜面的反射光的相位应该相同（图2-14 b）,布拉格方程,光程差EF+EG等于光波波长的整数倍,式中，qi= qd=qB，称为布拉格角,,(Ds——光电导),第四章,光电流i(或光电压u)和入射光功率P之间的关系
i＝f(P)，称为探测器的光电特性。,R i和R u分别称为积分电流和积分电压灵敏度,灵敏度R定义为这个曲线的斜率，即,(线性区内) (安/瓦),(线性区内) (伏/瓦),灵敏度(积分灵敏度),量子效率：,光伏效应,,单晶硅太阳电池
1.最高效率:24.7%
2.间接禁带：吸收系数比较小，所以厚度比较长
3.成本相对GaAs太阳电池比较低，主要在陆地上使用
GaAs基太阳电池（层叠太阳电池）
1.最高效率:~33%(非聚光的AM1.5光谱）
2.直接禁带：吸收系数比较大，所以厚度比较薄
3.成本相对比较高，可以制备成多结太阳电池形式，主要在太空上使用,Thank you!,
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