Đề cương lý thuyết ôn tập vật lý điện tử thầy Thọ, bao gồm link lý thuyết, lý thuyết cắt từ slide và giáo trình. Đề cương này xây dựng trong kỳ hè 20203. Chúc các bạn ôn tập thành công và chúc bạn ôn tập công
Trang 1ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN VẬT LÝ ĐIỆN TỬ
Kỳ 3, năm học: 2020-2021 https://www.facebook.com/groups/BKDaiCuongMonPhai/permalink
/1202797016746738/
1 Mô hình hai mức năng lượng: chuyển mức hấp thụ, chuyển mức phát
xạ tự phát, chuyển mức phát xạ cưỡng bức
2 Phổ năng lượng của phân tử
3 Phổ năng lượng của điện tử khi có trường ngoài tác dụng Các hiệu ứng cộng hưởng từ
4 Nguyên lý hoạt động của laser
5 Nồng độ điện tử và lỗ trống trong: bán dẫn tinh khiết, bán dẫn pha tạp đono, bán dẫn pha tạp axepto
6 Lóp chuyển tiếp p-n lý tưởng Biểu diễn một cách định tính bằng hình vẽ các đại lượng: mật độ điện tích, điện trường, sơ đồ vùng năng lượng, nồng độ hạt dẫn trạng thái cân bằng
7 Sợi quang giật cấp đa mode: các mode dẫn truyền, hiện tượng tán sắc giữa các mode, sự hạn chế độ rộng dải thông
8 Sợi quang giật cấp đơn mode
9 Các nguyên lý cơ bản của linh kiện thu quang
Câu 1: Mô hình hai mức năng lượng: chuyển mức hấp thụ, chuyển mức phát xạ tự phát, chuyển mức phát xạ cưỡng bức.
• Mô hình 2 mức năng lượng: N nguyên tử giống nhau, độc lập, không tương tác với nhau
Trang 2Câu 2: Phổ năng lượng của phân tử.
Trong phân tử luôn tồn tại 3 dạng chuyển động và tương ứng 3 loại trạng thái năng lượng:
- chuyển động của các hạt điện tử: các trạng thái năng lượng điện tử
- dao động của các hạt nhân quanh vị trí cân bằng: các trạng thái năng lượng dao động
- chuyển động quay của cả phân tử như một khối thống nhất: các trạng thái năng lượng quay
Trang 3 Trạng thái năng lượng dao động:
Trạng thái năng lượng quay
Trang 5Câu 3: Phổ năng lượng của điện tử khi có trường ngoài tác dụng Các hiệu ứng cộng hưởng từ.
Năng lượng của điện tử trong mỗi vùng cho phép bị lượng tử hóa theo quy luật
Phổ năng lượng điện tử trong vùng dẫn
Mức năng lượng thấp nhất trong vùng dẫn khi có từ trường nằm cao hơn
Ec một lượng Như vậy, tác dụng của từ trường đã làm cho phổ năng lượng của điện tử trong vùng năng lượng thay đổi
Đối với điện tử trong tinh thể không kết đôi, các mức năng lượng bị tách thành các phân mức, gây nên các hiện tượng cộng hưởng từ
Hiện tượng cộng hưởng từ là hiện tượng tăng cường quá trình hấp thụ sóng điện từ ở một tần số nào đó khi đặt tinh thể vào trong từ trường Một
số hiện tượng cộng hưởng từ:
- Cộng hưởng cyclon: khi rọi vào tinh thể đặt trong từ trường một bức xạ
có năng lượng photon bằng khoảng cách giữa các mức Landau thì bức xạ
sẽ bị hấp thu và gây ra chuyển mức giữa các mức Landau, gây nên hiện tượng cộng hưởng từ
- Cộng hưởng từ điện tử: khi đặt tinh thể vào từ trường, spin điện tử có xu hướng định hướng song song với từ trường và tinh thể bị từ hóa như một vật liệu thuận từ Do tương tác với sóng điện từ có tần số thích hợp, điện
tử nhận được một năng lượng thích hợp đủ để chuyển sang trạng thái có spin ngược lại, gây ra hiện tượng cộng hưởng từ Cộng hưởng từ điện tử
Trang 6chỉ có thể xảy ra đối với các điện tử không kết đôi, nó cũng là phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu cấu trúc vật liệu
- Cộng hưởng từ hạt nhân: vì các hạt nhân nguyên từ có moment từ spin nên trong từ trường ngoài hạt nhân bị tách thành các phân mức và có thể xảy ra chuyển mức giữa các phân mức khi hấp thụ sóng điện từ., gây ra hiện tượng cộng hưởng từ
Câu 4: Nguyên lý hoạt động của laser.
Thuật ngữ laser là khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ bức xạ cưỡng bức Khi ánh sáng đi qua môi trường nghịch đảo mật độ, cường độ tăng theo hàm mũ
Quá trình khuếch đại này còn được gọi là quá trình hấp thụ âm Tiền đề cho quá trình khuếch đại gồm có 2 quá trình:
- quá trình bơm, tạo và duy trì môi trường đảo mật độ v Có thể có 2 cách:
- Bơm quang học: phổ biến: kích thích hệ bằng bức xạ điện từ nói
chung như viba, hồng ngoại, ánh sáng, tia tử ngoại,
- Bơm điện: người ta dùng hiện tượng phóng điện để gây ra trạng thái
kích thích của một hệ nguyên tử, khi ngtu chuyển về trạng thái thấp hơn, thì sẽ phát xạ ra photon
- Tạo ra điều kiện để phát xạ cưỡng bức áp đảo phát xạ tự phát bằng phương pháp phản hồi dương, đồng thời tập trung năng lượng vào một vài mode sóng với dải tần hẹp Để thực hiện đồng thời cả hai điều trên, ta dùng buồng cộng hưởng Fabry – Perot
Trang 7Để tăng hệ số khuếch đại thì chiều dài của môi trường hoạt chất phải lớn,
để giải quyết điều này người ta đặt hoạt chất trong một hệ gọi là buồng cộng hưởng quang học – hệ hai gương phẳng đặt song song trong đó có một gương phản xạ toàn phần và một gương bán xạ Buồn này đóng vai trò là một thiết bị có phản hồi dương
Điều kiện cộng hưởng trong buồng cộng hưởng:
Hiệu tần số cộng hưởng: :
Câu 5: Nồng độ điện tử và lỗ trống trong: bán dẫn tinh khiết, bán dẫn pha tạp đono, bán dẫn pha tạp axepto.
- Bán dẫn tinh khiết:
= =
ni là nồng độ hạt dẫn riêng
Nhận xét: Nồng độ điện tử và lỗ trống bằng nhau và phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ
- Pha tạp dono: khi pha tạp chất là những nguyên tố có 5e hóa trị
(As) vào trong tinh thể Si thì mỗi nguyên tử tạp chất nàu cho tinh thể 1e dẫn, ta được bán dẫn chứa tạp chất đono
Trang 8
Trong vùng nhiệt độ ion hóa tạp chất (150K>450K):
-Trong vùng nhiệt độ thấp (<150K):
Nồng độ điện tử:
Trang 9Nồng độ lỗ trống: rất nhỏ.
-Trong vùng nhiệt độ cao (>450K):
Trang 10Câu 6: Lóp chuyển tiếp p-n lý tưởng Biểu diễn một cách định tính bằng hình vẽ các đại lượng: mật độ điện tích, điện trường, sơ đồ vùng năng lượng, nồng độ hạt dẫn trạng thái cân bằng.
Trang 12Câu 7: Sợi quang giật cấp đa mode: các mode dẫn truyền, hiện tượng tán sắc giữa các mode, sự hạn chế độ rộng dải thông.
Trang 14Câu 8: Sợi quang giật cấp đơn mode.
Trang 15Câu 9: Các nguyên lý cơ bản của linh kiện thu quang.