第三讲尖端科技下
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的N区指向带负电的P区, 阻止扩散运动的进行。
7.空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差,在无外 电场或其他因素激励时,电流为零。空间电荷区 有时又称为耗尽区。扩散越强,空间电荷区越宽。
PN结的单向导电性
PN结正偏时,正向电流较大,相当于PN结导通; PN结反偏时,反向电流很小,相当于PN结截止。
1938年苏联的符拉索夫提出了符拉索夫方程,即 弃去碰撞项的无碰撞方程。
1942年,瑞典的阿尔文指出,当理想导电流体处在 磁场中,会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。 同年印度的钱德拉塞卡提出用试探粒子模型来研 究弛豫过程。
1946年,朗道证明当朗缪尔波传播时,共振电子会 吸收波的能量造成波衰减,这称为朗道阻尼。朗道 的这个理论,开创了等离子体中波和粒子相互作用 和微观不稳定性这些新的研究领域。
纳米技术是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围 内材料的性质和应用。它的最终目标是直接以 原子或分子来构造具有特定功能的产品。
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼 《在底部还有很大空间》的演讲中预言,人类可 以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据 人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于 纳米技术最早的梦想。
的悲剧性影响,引起了大家的广泛关注,是机器人 一词的起源。剧中,机器人按照其主人的命令默默 地工作,没有感觉和感情,以呆板的方式从事繁重的 劳动。后来,罗萨姆公司成功使机器人具有了感情, 导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务
1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导 与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在 它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压 极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效 应,也是半导体所特有的第三种特性。
1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下 电导增加的光电导效应,这是半导体的第四种特性。
到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米 产品的营业额达到500亿美元。
2003年,美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家 用碳纳米管研制出世界上最小的纳米电动机。
2006年,美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地 在纳米尺度范围内将机械能转换成电能,研制出世 界上最小的发电机——纳米发电机。
1986年,我国激光核聚变实验装置“神光”研制成功
2010年,美国国家核安全管理局表示,美国洛仑兹 国家实验室的国家点火装置,通过使用192束激光 来束缚核聚变的反应原料氢的同位素氘和氚, 解决了激光核聚变的一个关键困难。
点火使用192个巨型激光装置,中间的球是点火的 核心,激光通过各个孔汇聚到球的中心固态冰冻 的氢原子珠上,加热那里的聚变燃料。整个激光 装置提供500万亿瓦的能量,相当于美国总发电量 的1000倍,维持仅仅4纳秒(一纳秒等于十亿分之一 秒),把一百八十万焦耳的热量汇聚在一个立方毫米 的体积上,发生聚变反应时,温度可达到1亿度,压力 超过1000亿个大气压。“国家点火装置”如果成功 核聚变释放出的能量将达到触发反应所需能量的
1935~1952年,苏联的博戈留博夫、英国的玻恩 等从刘维定理出发,得到了不封闭的方程组系列, 名为BBGKY链。由它可导出符拉索夫方程等,这 给等离子体动力论奠定了理论基础。
等离子体球
等离子体聚变
(十)人类的好帮手 —— 机器人技术
“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有 说服力的成就,是当代最高意义上的自动化。”
1879年,英国的克鲁克斯采用“物质第四态”这个 名词来描述气体放电管中的电离气体。
1929年,美国的汤克斯和朗缪尔指出了等离子体 中电子密度的疏密波(即朗缪尔波)。 1936年,苏联的朗道给出了描述等离子体速度 分布函数的福克－普朗克方程中由于等离子体中 的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。
2.有些电子从N型区向P型区扩散, 也有一些空穴 从P型区向N型区扩散。
3.扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N 区的空穴与自由电子复合。
4.P区一侧失去空穴剩下不能移动的负离子,N区 一侧失去电子而留下不能移动的正离子。这些
不能移动的带电粒子就是空间电荷。
5.扩散运动与漂移运动达到动态平衡时,将在P区 和N区的交界面附近形成一个很薄的稳定的空间 电荷区,称为PN结。 6.空间电荷区将形成一个内电场,其方向从带正电
10倍至100倍。在核聚变过程中实现“能量收益”。 1998年,美国能源部开始在劳伦斯利弗莫尔国家 实验室启动“国家点火装置工程”。这项军民两用
的高能激光核聚变研究工程总投资为22亿美元。
美国国家点火装置
将燃料放入燃料舱(圆柱体)
工程技术人员调整靶位
激光照射靶球时,燃料舱两端的光线情况。
(七)细微的新材料 —— 纳米技术
了基于太空的激光武器。
1988年,北美和欧洲间架设了第一根光纤,用光脉 冲来传输数据。
1990年,激光用于制造业,包括集成电路和汽车制造。 1991年,第一次用激光治疗近视,海湾战争中第一
次用激光制导导弹。
1993年,中国科学院高能所制成我国第一台自由 电子激光装置。
1996年,东芝推出数字多用途光盘(DVD)播放器。
1947年12月,美国贝尔实验室总结了半导体的四 个特性:负的电阻率温度特性,光生伏特特性,整流 特性,光电导特性。
1954年,第一台半导体计算机由贝尔电话公司 研制成功。 1969年,中科院长春物理所研制成功LED(半导体 发光二极管),半导体照明取代节能灯已经成为不 可阻挡的趋势。
1978年,超大规模集成电路开始应用。
P型半导体
每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴, 又称为空穴型半导体。
N型半导体
每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子, 又称为电子型半导体。
在一块完整的硅片上,用不同的掺杂工艺使其一 边形成N型半导体,另一边形成P型半导体,那么 在两种半导体交界面附近就形成了PN结。
1.将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅上。
质中束缚电子的跃迁,因而产生的激光受到束缚能 态的限制,通常只能产生某种波长的激光。
1974年,第一个超市条形码扫描器出现。 1975年,IBM投放第一台商用激光打印机。 1976年,J.Maday和他的同事们在斯坦福大学
实现了远红外自由电子激光。
1982年,第一台紧凑碟片(CD)播放机出现。 1983年,里根总统发表了“星球大战”的演讲,描绘
1982年,科学家发明研究纳米的重要工具—— 扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、 分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。
1990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家 成功在镍表面用36个氙原子排出“IBM”,纳米 技术取得一项关键突破。
1991年,碳纳米管被发现,它的质量是相同体积钢 的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研 究的热点。
半导体在科学技术,工农业生产和生活中有着 广泛的应用。例如：电视、半导体收音机、 电子计算机、半导体照明(LED灯)等。
(九)物质的第四种状态 —— 等离子体研究
等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的 原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子 化气体状物质。等离子体是物质的第四态,即电离 了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳定态,其中 包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和 分子。
1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室 的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的 激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼 因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的
科学家。
1960年7月7日,梅曼研制成功世界上第一台红宝 石激光器,梅曼的方案是:利用一个高强闪光灯管, 来刺激在红宝石水晶里的铬原子,从而产生一条 相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可 使其达到比太阳表面还高的温度。
当PN结上加的反向电压增大到一定数值时,反向 电流突然剧增,这种现象称为PN结的反向击穿。
1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着 温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金 属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化 银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是 半导体现象的首次发现。
1839年,法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接 触形成的结,在光照下会产生一个电压,也就是 “光生伏特效应”,ห้องสมุดไป่ตู้是被发现的半导体的第二个 特征。
等离子体的运动主要受电磁力的支配,在整体上 呈电中性,却是一种很好的导电体。利用经过巧 妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。 对于整个宇宙来讲,几乎99.9％以上的物质都是 以等离子体态存在的。等离子体分为高温等离 子体和低温等离子体两种。
等离子体的应用有:等离子电视,婴儿尿布表面 防水涂层,增加啤酒瓶阻隔性,电脑芯片的蚀刻、 军用飞机的离子体隐身技术等。
尖端科技(下) —— 世界科学研究热点
(六)让古老的光学重新焕发出青春 —— 激光技术
1917年,爱因斯坦提出了一套全新的技术理论 “受激辐射”。这一理论指出:在组成物质的原子 中,有不同数量的电子分布在不同的能级上,在高 能级上的电子受到某种光子的激发,会从高能级 跳到(跃迁)到低能级上,这时受激原子将会发出一 个与激发它的光子相同的光子,在大量相同原子 被激发的状态下,就能出现一个弱光激发出一个 强光的现象,这就叫做“受激辐射的光放大”,简称 激光。
—— 宋健 中国工程院院长 从现在世界工业发展的潮流看,发展机器人是一 条必由之路。没有机器人,人将变为机器;有了机 器人,人仍然是主人。
类人机器人
1920年,捷克作家卡雷尔•卡佩克发表了科幻剧本 《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中,卡佩克把 捷克语“Robota”写成了“Robot”,“Robota”是奴 隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会
(八)微电子工业的基础 —— 半导体技术
学习微电子学的关键是: 始终知道电子往哪里跑！
半导体指常温下导电性能介于导体(conductor) 与绝缘体(insulator)之间的材料。这种材料在某 个温度范围内随温度的升高,电阻率下降。
本征半导体的导电能力很弱,热稳定性也很差, 因此不宜直接用它制造半导体器件。半导体
1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单 电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度 和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。
1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验 时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分 之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不 久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤, 打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;同年, 美国科学家在单个分子上实现有机开关,证实在 分子水平上可以发展电子和计算装置。
1962年,发明半导体二极管激光器,这是今天小型 商用激光器的支柱。
美国非致命激光枪
1971年,美国的J.Maday在他的博士论文中首次 提出的自由电子激光的概念,自由电子激光的基本 原理是通过自由电子和辐射的相互作用,电子将能 量转送给辐射而使辐射强度增大。这种激光的特
点是激光波长和脉冲结构可以根据需要进行设计, 并且能够在大范围内连续调节,有着重要的应用前 景。而普通激光器都基于原子、分子或凝聚态物
器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半
导体制成。根据掺入杂质性质的不同,杂质半 导体分为P型半导体与N型半导体,它们相互 接触时,其交界区域称为PN结。PN结具有单 向导电性。
☆半导体的基本原理是半导体在外加电压下, 内部的一部分电子发生漂移,从而产生电流。 通过巧妙的设计,可以使电子在物体内部发生 局部聚集,产生反电压,实现单向导电。
☆激光的特点:定向发光, 亮度极高, 颜色极纯, 能量密度极大。
☆激光核聚变(又叫惯性约束核聚变 )
惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体
或固体,装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀 射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发, 受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种 惯性力,靠它使气体约束,所以称为惯性约束),小球 内气体受挤压而压力升高,并伴随着温度的急剧升 高。当温度达到所需要的点火温度(大概需要几十 亿度)时,小球内气体便发生爆炸,并产生大量热能。 这种爆炸过程时间很短,只有几个皮秒(1皮等于1万 亿分之一)。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且 连续不断地进行下去,所释放出的能量就相当于百 万千瓦级的发电站。
7.空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差,在无外 电场或其他因素激励时,电流为零。空间电荷区 有时又称为耗尽区。扩散越强,空间电荷区越宽。
PN结的单向导电性
PN结正偏时,正向电流较大,相当于PN结导通; PN结反偏时,反向电流很小,相当于PN结截止。
1938年苏联的符拉索夫提出了符拉索夫方程,即 弃去碰撞项的无碰撞方程。
1942年,瑞典的阿尔文指出,当理想导电流体处在 磁场中,会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。 同年印度的钱德拉塞卡提出用试探粒子模型来研 究弛豫过程。
1946年,朗道证明当朗缪尔波传播时,共振电子会 吸收波的能量造成波衰减,这称为朗道阻尼。朗道 的这个理论,开创了等离子体中波和粒子相互作用 和微观不稳定性这些新的研究领域。
纳米技术是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围 内材料的性质和应用。它的最终目标是直接以 原子或分子来构造具有特定功能的产品。
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼 《在底部还有很大空间》的演讲中预言,人类可 以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据 人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于 纳米技术最早的梦想。
的悲剧性影响,引起了大家的广泛关注,是机器人 一词的起源。剧中,机器人按照其主人的命令默默 地工作,没有感觉和感情,以呆板的方式从事繁重的 劳动。后来,罗萨姆公司成功使机器人具有了感情, 导致机器人的应用部门迅速增加。在工厂和家务
1874年,德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导 与所加电场的方向有关,即它的导电有方向性,在 它两端加一个正向电压,它是导通的;如果把电压 极性反过来,它就不导电,这就是半导体的整流效 应,也是半导体所特有的第三种特性。
1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下 电导增加的光电导效应,这是半导体的第四种特性。
到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米 产品的营业额达到500亿美元。
2003年,美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家 用碳纳米管研制出世界上最小的纳米电动机。
2006年,美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地 在纳米尺度范围内将机械能转换成电能,研制出世 界上最小的发电机——纳米发电机。
1986年,我国激光核聚变实验装置“神光”研制成功
2010年,美国国家核安全管理局表示,美国洛仑兹 国家实验室的国家点火装置,通过使用192束激光 来束缚核聚变的反应原料氢的同位素氘和氚, 解决了激光核聚变的一个关键困难。
点火使用192个巨型激光装置,中间的球是点火的 核心,激光通过各个孔汇聚到球的中心固态冰冻 的氢原子珠上,加热那里的聚变燃料。整个激光 装置提供500万亿瓦的能量,相当于美国总发电量 的1000倍,维持仅仅4纳秒(一纳秒等于十亿分之一 秒),把一百八十万焦耳的热量汇聚在一个立方毫米 的体积上,发生聚变反应时,温度可达到1亿度,压力 超过1000亿个大气压。“国家点火装置”如果成功 核聚变释放出的能量将达到触发反应所需能量的
1935~1952年,苏联的博戈留博夫、英国的玻恩 等从刘维定理出发,得到了不封闭的方程组系列, 名为BBGKY链。由它可导出符拉索夫方程等,这 给等离子体动力论奠定了理论基础。
等离子体球
等离子体聚变
(十)人类的好帮手 —— 机器人技术
“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有 说服力的成就,是当代最高意义上的自动化。”
1879年,英国的克鲁克斯采用“物质第四态”这个 名词来描述气体放电管中的电离气体。
1929年,美国的汤克斯和朗缪尔指出了等离子体 中电子密度的疏密波(即朗缪尔波)。 1936年,苏联的朗道给出了描述等离子体速度 分布函数的福克－普朗克方程中由于等离子体中 的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。
2.有些电子从N型区向P型区扩散, 也有一些空穴 从P型区向N型区扩散。
3.扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N 区的空穴与自由电子复合。
4.P区一侧失去空穴剩下不能移动的负离子,N区 一侧失去电子而留下不能移动的正离子。这些
不能移动的带电粒子就是空间电荷。
5.扩散运动与漂移运动达到动态平衡时,将在P区 和N区的交界面附近形成一个很薄的稳定的空间 电荷区,称为PN结。 6.空间电荷区将形成一个内电场,其方向从带正电
10倍至100倍。在核聚变过程中实现“能量收益”。 1998年,美国能源部开始在劳伦斯利弗莫尔国家 实验室启动“国家点火装置工程”。这项军民两用
的高能激光核聚变研究工程总投资为22亿美元。
美国国家点火装置
将燃料放入燃料舱(圆柱体)
工程技术人员调整靶位
激光照射靶球时,燃料舱两端的光线情况。
(七)细微的新材料 —— 纳米技术
了基于太空的激光武器。
1988年,北美和欧洲间架设了第一根光纤,用光脉 冲来传输数据。
1990年,激光用于制造业,包括集成电路和汽车制造。 1991年,第一次用激光治疗近视,海湾战争中第一
次用激光制导导弹。
1993年,中国科学院高能所制成我国第一台自由 电子激光装置。
1996年,东芝推出数字多用途光盘(DVD)播放器。
1947年12月,美国贝尔实验室总结了半导体的四 个特性:负的电阻率温度特性,光生伏特特性,整流 特性,光电导特性。
1954年,第一台半导体计算机由贝尔电话公司 研制成功。 1969年,中科院长春物理所研制成功LED(半导体 发光二极管),半导体照明取代节能灯已经成为不 可阻挡的趋势。
1978年,超大规模集成电路开始应用。
P型半导体
每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴, 又称为空穴型半导体。
N型半导体
每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子, 又称为电子型半导体。
在一块完整的硅片上,用不同的掺杂工艺使其一 边形成N型半导体,另一边形成P型半导体,那么 在两种半导体交界面附近就形成了PN结。
1.将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅上。
质中束缚电子的跃迁,因而产生的激光受到束缚能 态的限制,通常只能产生某种波长的激光。
1974年,第一个超市条形码扫描器出现。 1975年,IBM投放第一台商用激光打印机。 1976年,J.Maday和他的同事们在斯坦福大学
实现了远红外自由电子激光。
1982年,第一台紧凑碟片(CD)播放机出现。 1983年,里根总统发表了“星球大战”的演讲,描绘
1982年,科学家发明研究纳米的重要工具—— 扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、 分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用。
1990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家 成功在镍表面用36个氙原子排出“IBM”,纳米 技术取得一项关键突破。
1991年,碳纳米管被发现,它的质量是相同体积钢 的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研 究的热点。
半导体在科学技术,工农业生产和生活中有着 广泛的应用。例如：电视、半导体收音机、 电子计算机、半导体照明(LED灯)等。
(九)物质的第四种状态 —— 等离子体研究
等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的 原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子 化气体状物质。等离子体是物质的第四态,即电离 了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳定态,其中 包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和 分子。
1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室 的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的 激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼 因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的
科学家。
1960年7月7日,梅曼研制成功世界上第一台红宝 石激光器,梅曼的方案是:利用一个高强闪光灯管, 来刺激在红宝石水晶里的铬原子,从而产生一条 相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可 使其达到比太阳表面还高的温度。
当PN结上加的反向电压增大到一定数值时,反向 电流突然剧增,这种现象称为PN结的反向击穿。
1833年,英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着 温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金 属的电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发现硫化 银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是 半导体现象的首次发现。
1839年,法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接 触形成的结,在光照下会产生一个电压,也就是 “光生伏特效应”,ห้องสมุดไป่ตู้是被发现的半导体的第二个 特征。
等离子体的运动主要受电磁力的支配,在整体上 呈电中性,却是一种很好的导电体。利用经过巧 妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。 对于整个宇宙来讲,几乎99.9％以上的物质都是 以等离子体态存在的。等离子体分为高温等离 子体和低温等离子体两种。
等离子体的应用有:等离子电视,婴儿尿布表面 防水涂层,增加啤酒瓶阻隔性,电脑芯片的蚀刻、 军用飞机的离子体隐身技术等。
尖端科技(下) —— 世界科学研究热点
(六)让古老的光学重新焕发出青春 —— 激光技术
1917年,爱因斯坦提出了一套全新的技术理论 “受激辐射”。这一理论指出:在组成物质的原子 中,有不同数量的电子分布在不同的能级上,在高 能级上的电子受到某种光子的激发,会从高能级 跳到(跃迁)到低能级上,这时受激原子将会发出一 个与激发它的光子相同的光子,在大量相同原子 被激发的状态下,就能出现一个弱光激发出一个 强光的现象,这就叫做“受激辐射的光放大”,简称 激光。
—— 宋健 中国工程院院长 从现在世界工业发展的潮流看,发展机器人是一 条必由之路。没有机器人,人将变为机器;有了机 器人,人仍然是主人。
类人机器人
1920年,捷克作家卡雷尔•卡佩克发表了科幻剧本 《罗萨姆的万能机器人》。在剧本中,卡佩克把 捷克语“Robota”写成了“Robot”,“Robota”是奴 隶的意思。该剧预告了机器人的发展对人类社会
(八)微电子工业的基础 —— 半导体技术
学习微电子学的关键是: 始终知道电子往哪里跑！
半导体指常温下导电性能介于导体(conductor) 与绝缘体(insulator)之间的材料。这种材料在某 个温度范围内随温度的升高,电阻率下降。
本征半导体的导电能力很弱,热稳定性也很差, 因此不宜直接用它制造半导体器件。半导体
1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单 电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度 和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。
1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验 时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分 之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不 久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤, 打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;同年, 美国科学家在单个分子上实现有机开关,证实在 分子水平上可以发展电子和计算装置。
1962年,发明半导体二极管激光器,这是今天小型 商用激光器的支柱。
美国非致命激光枪
1971年,美国的J.Maday在他的博士论文中首次 提出的自由电子激光的概念,自由电子激光的基本 原理是通过自由电子和辐射的相互作用,电子将能 量转送给辐射而使辐射强度增大。这种激光的特
点是激光波长和脉冲结构可以根据需要进行设计, 并且能够在大范围内连续调节,有着重要的应用前 景。而普通激光器都基于原子、分子或凝聚态物
器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半
导体制成。根据掺入杂质性质的不同,杂质半 导体分为P型半导体与N型半导体,它们相互 接触时,其交界区域称为PN结。PN结具有单 向导电性。
☆半导体的基本原理是半导体在外加电压下, 内部的一部分电子发生漂移,从而产生电流。 通过巧妙的设计,可以使电子在物体内部发生 局部聚集,产生反电压,实现单向导电。
☆激光的特点:定向发光, 亮度极高, 颜色极纯, 能量密度极大。
☆激光核聚变(又叫惯性约束核聚变 )
惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体
或固体,装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀 射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发, 受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种 惯性力,靠它使气体约束,所以称为惯性约束),小球 内气体受挤压而压力升高,并伴随着温度的急剧升 高。当温度达到所需要的点火温度(大概需要几十 亿度)时,小球内气体便发生爆炸,并产生大量热能。 这种爆炸过程时间很短,只有几个皮秒(1皮等于1万 亿分之一)。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且 连续不断地进行下去,所释放出的能量就相当于百 万千瓦级的发电站。