第八章 电子光学基础

第一章 X 射线物理学基础一、X 射线产生的主要装置和条件 主要装置：阳极靶材、阴极灯丝条件：a. 大量自由电子；b. 定向高速运动；c. 运动路径上遇到障碍（靶材）二、短波限一个电子在与阳极靶撞击时，把全部能量给予一个光子，这就是一个光量子所能获得的最大能量，即：h c/λ=eU ，此时光量子的波长即为短波限λSWL 。

三、连续X 射线（强度公式）大量电子在与靶材碰撞的过程中，能量不断减小，光子所获得的能量也不断减小，形成了一系列由短波限λSWL 向长波方向发展的连续波谱。

连续谱强度21iZU K I四、特征X 射线（莫塞莱定律）当X 射线管两端的电压增高到某一特定值U k 时，在连续谱的特定的波长位置上，会出现一系列强度很高，波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶材有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，所以称为特征谱或标识谱。

莫塞莱定律：Z K 21) U - U ( i K I m n 3 （Un 为临界激发电压，原子序数Z 越大，Un 越大）五、X 射线吸收（透射）公式——（质量吸收系数：单质、化合物（固溶体、混合物）） 单质 m tm m e I eI I 00化合物ni i mim w 1六、光电效应、荧光辐射、俄歇效应光电效应：当入射X 射线光量子能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，电子易获得能量从内层逸出，成为自由电子，称为光电子，这种光子击出电子的现象称为光电效应。

荧光辐射：因光电效应处于相应的激发态的原子，将随之发生如前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出特征X 射线，称X 射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射，称这种光致发光的现象为荧光效应。

俄歇效应：原子K 层电子被击出后， L 层一个电子跃入 K 层填补空位，而另一个L 层电子获得能量逸出原子成为俄歇电子，称这种一个K 层空位被两个 L 层空位代替的过程为俄歇效应。

光电效应——光电子荧光辐射——荧光X 射线（二次X 射线） 俄歇效应——俄歇电子七、吸收限及其两个应用：滤波片的选择、靶材的选择吸收限：欲激发原子产生K、L、M等线系的荧光辐射，入射X 射线光量子的能量必须大于或至少等于从原子中击出一个K、L、M层电子所需的能量W K、W L、W M，如，W K= h K = hc / K，式中， K、 K是产生K系荧光辐射时，入射X射线须具有的频率和波长的临界值。

靶的另一边形成电势分布图象，使入射的电子流受到调 制，利用返回的电子流使荧光面发光。
红外变象管多应用于军事、公安等方面，供夜间 侦察用。在民用方面，可用于暗室管理、物理实验、 激光器校淮和夜间观察生物活动等。
另外，温度高于400℃的物体都会发出大量的红 外线，可通过红外变象管观察到它的象。如果与标准 光源的亮度比较，即可求出它的强度。这就是夜视温 度计的原理。
微管道是由高阻材料制成的，微管道的内壁 为二次电子发射系数δ＞1的材料。
微通道板的厚度约数毫米，在它的两端加上 高的直流电压（约数千伏）后，在每个微管道内 即形成极强的电场。这时，当光电面发射的电子 进入微管道后，在强电场作用下经过和管壁的多 次碰撞，而得到电子倍增。
一般直流电压为10kV的微通道板，可得到 105～106的电子增益。这种增强管和级联式增强管 比较，它在输入面和输出面之间没有电子光学系统， 所以整管可作得很短，体积很小，便于与其它光电 器件配用。
2.2.4.分辨率 当标准测试板通过象管后，在荧光屏的每毫米长度
上用目测法能分辨得开的黑白相间等宽距条文的对数。
2、变象管
红外变象管
装有光电导靶的反射式变象管
红外变象管的光电阴极多为Ag-O-Cs阴极，它可以 使波长小于1.15μm的红外光变成光电子。对于波长大于 1.15μm的红外光，采用负电子亲和势阴极。有的变象管 也采用光电导技术，使红外光成象到光电导靶面上，在
许多个小的P-Si被SiO2隔离，称为P型岛 每个P型岛与N型衬底之间即形成一个PN结(光电二
极管)。最后再在SiO2和P型岛表面上蒸涂上一层电阻率适 当的材料，即成为硅靶。
硅靶的光电变换
信号板 引线 负载电阻 靶电源的正极
电子枪的热阴极接地，扫描电子束具有地的电位

图8.4.2 稳压二极管的伏安特性曲线
稳压二极管的主要参数有下面几个。
1. 稳定电压UZ UZ就是稳压二极管在正常工作情况下管子两端的电压。 但该数值是在一定工作电流和温度条件下获得的，由于工艺
等方面的原因，稳定值有一定的分散性。例如，2CW59的稳 压值为10~11.8 V。
2. 电压温度系数αU αU用来说明稳压值受温度变化影响的系数。例如， 2CW59的αU是0.095%。一般来说，低于6 V的稳压二极管， αU是负的；高于6 V的稳压二极管，αU是正的；而6 V左右的 管子，αU值较小。
图 8.4.1 稳压二极管的符号及外形图
稳压二极管的正向伏安特性与普通二极管相同，如图 8.4.2所示，其差异在反向伏安特性上。稳压二极管工作于反 向击穿区，当然这种反向击穿在一定条件下是可逆的。从反 向伏安特性可以看出，当反向电压在一定范围内变化时，反 向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，反向电流急剧 增大，稳压二极管被反向击穿。此时，电流虽然在很大范围 内变化，但稳压二极管的电压变化却很小，这样就起到稳压 作用。但是，若反向电流超过允许范围，则稳压二极管将被 热击穿而损坏。
此即为PN结的单向导电性，PN结是各种半导体器件的 共同基础。
图 8.2.1 PN结的单向导电性
8.3 二 极
8.3.1 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为二极管。按
结构分类， 二极管有点接触、面接触和平面型三类。点接触 型二极管(一般为锗管)如图8.3.1(a)所示，它的PN结结面积小 (结电容小)，因此通过的电流也小，但其高频性能好，故适 合高频或小功率的工作场合，也用作数字电路的开关元件。
8.1 半导体的导电特性 8.2 PN结及其单向导电性 8.3 二极管 8.4 稳压二极管 8.5 晶体管 8.6 光电器件 8.7 场效应晶体管 习题

第八章 现代光学基础1 （1）计算氢原子最低的四个能级的能量大小，并把它们画成能级图；（2）计算这四个能级之间跃迁的最小的频率是多少。

解：根据：2222422h n k Z me E π-=最低四个能级的量子数为：4321、、、=n 代入公式，计算得到：eV E 6.131-=、eV E 4.32-=、eV E 5.13-=、eV E 85.04-=（2）频率最小的跃迁是在E 3和E 4之间，能级差：eV E E E 65.034=-=∆ 由：νh E =∆解得跃迁频率：1141059.1/-⨯=∆=s E h ν2 当玻尔描述的氢原子从n=2的轨道跃迁到的n=1轨道后，问（1）轨道的半径有什么变化？（2）能量改变了多少？解：（1）由 Zkme h n r 22224π= 轨道半径的变化量：nm Zk me h Zk me h r 157.0414222222222=-=∆ππ （2）根据：2222422h n k Z me E π-= 能量的变化量：eV h k Z me h k Z me E 2.10)12()22(222242222242=---=∆ππ3令光子的波长为λλ1,,称为波数，若用符号v ~表示，则光子的能量为vhc ~。

如果一个光子具有1电子伏特的能量，那么它的波数应为若干？解：根据公式（7—6）得vv v hc hv ~10310626.61060.1 11060.110~8341919⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯===---焦耳伏库仑 故 13341980490010310626.61060.1~---=⨯⨯⨯⨯=米v = 8049厘米-1 4 (1)钠低压放电管发出A5890=λ的黄光，其多普勒宽度为A 0197.0=∆λ，计算黄光频率、频宽及其相干长度。

（2）又一氦一氖激光器发出波长为6328A，试求此激光器的相干长度。

解：（1）钠黄光的频率为Hz cv 14810100934.5105890103⨯=⨯⨯==-λ 将c v =λ微分得： 0=∆+∆v v λλ即 ： v v λλ∆-=∆ 负号表示λ∆增加时，v ∆减少。